计组笔记1-计算机系统概论

定义

什么是计算机？

由**“硬件 + 软件”**组成的一种能够按照实现存储的程序，自动，高速地进行大量数值计算以及各种信息处理的现代化只能电子设备

分类

按照性能分类

冯诺依曼计算机

由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五大部分组成

特点：

1. 由五大部件组成，以运算器为中心
2. 数据和指令用二进制数表示，以同等地位存放于存储器，按地址访问
3. 指令有操作码和地址码组成，在存储器中按顺序存放，默认顺序执行1

简单来说：

五大部分组成，数据以二进制形式存储，顺序执行

哈佛结构

哈佛结构是从冯诺依曼计算机演变而来的

结构变化

将指令和数据分开存储的一种存储器并行的组成结构

1. 存储器分成了主存储器(内存)和辅助存储器(外存)，系统以主存储器为中心
2. 合并运算器和控制器，构成中央处理器CPU——CPU和主存储器构成主机
3. 输入设备和输出设备变得多样化和复杂化，合称外部设备或I/O设备

特点

1. 使用两个独立的存储器，分别用于存储指令和数据
2. 使用两套独立的总线，作为CPU与每个存储器间专用通信线路

在嵌入式系统设计中广泛使用

各部分基本功能

计算机硬件性能指标

字长

定义：能够一次性处理的二进制数的位数

分类：根据对象的不同可以分为机器字长、存储字长、指令字长等

各类字长可能各不相同，但必须是字节的整数倍

存储容量

计算机存储器中所能存储信息的总量

分为主存容量和辅存容量

运算速度

这里出现了两个较为重要的概念 主频和时钟周期，接下来的MIPS和CPI更重要

频率：单位时间内产生脉冲个数

补充

CPU执行时间 == CPU时钟周期数 * CPU时钟周期

CPI和MIPS

CPI也叫指令周期，即表示执行一条指令所需要的平均时钟周期数。

用公式：CPI = 执行某段程序所需要的CPU时钟周期数/程序包含的指令条数

MIPS表示平均每秒执行多少百万条定点指令数

用公式 MIPS = 指令数/（程序执行时间 * 10⁶）

FLOAT不是重点，表示每秒执行浮点操作数的次数，用来衡量机器浮点操作性能。可以根据概念理解来得到公式就不写了

例题

解答

一些需要稍微记忆的小常识

第一台通用电子计算机——1946年， ENIAC(埃尼阿克)

第一台冯诺依曼的存储程序式计算机 —— EDSAC