计算机组成与设计（第五版）第一章笔记

<!doctype html>第一章 计算机概要与技术

第一章 计算机概要与技术

1.摩尔定律

intel公司的创始人moore提出：单芯片上的集成度每18~24个月翻一番

2.软件层次

从复杂的应用程序到简单的计算机可执行的指令需要经过几个软件层次。

系统软件有很多种，其中有两种是现代计算机系统必需的：操作系统和编译程序

操作系统是用户程序和硬件接口之间的接口，为用户提供服务和监控功能。其最为重要的作用如下：

  • 处理基本的输入和输出操作
  • 分配内存和外存
  • 为多个应用程序提供共享计算机资源的服务

编译程序：将高级语言翻译成硬件能够执行的指令

3.各层次的语言

计算机语言就是二进制数，每个字母是一“位”。 指令是能够被计算机识别并执行的二进制位串。

①机器语言

机器能够理解并执行的语言称为机器语言，早期程序员直接使用机器语言与计算机进行通信。

②汇编语言

因为机器语言太麻烦了，设计人员就利用助记符代表二进制指令，这就是汇编语言，利用一种名为汇编程序的软件将汇编语言翻译为机器语言。

例如：add a,b

③高级编程语言

汇编语言需要程序员像计算机一样思考，写出计算机需要执行的每一条指令，这还是太麻烦了。因此设计人员就设计了高级编程语言，使编程语言更像自然语言。

4.计算机的组成

计算机由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器组成。

5.鼠标工作原理

老式鼠标是电动机械式的，用大球在平面上滚动，产生x和y，显示鼠标移动了多远。

现代鼠标是光电式的，它由LED光源在屏幕中的位置来判定鼠标移动的方向和距离，更快、更精准。

6.集成电路

集成电路（integrated circuit）:也叫芯片，是一种将几十至几百万个晶体管连接起来的设备。

CPU（中央处理单元）：控制程序与运算，由数据通路和控制器组成

内存（memory）：程序运行时的存储空间

DRAM（dynamic random access memory）：动态随机访问内存

缓存（cache memory）：小而快的存储器，一般作为大而慢的存储器的缓冲，采用SRAM

SRAM（static random access memory）：静态随机访问存储器，更快且不那么密集

磁盘（magnetic disk）：也叫硬盘，是使用磁介质材料构成的以旋转盘片为基础的非易失性存储设备

闪存（flash memory）：非易失性半导体内存，价格和速度低于DRAM，但比磁盘快。

7.处理器与存储器的制造技术

年份计算机中使用的技术相对性能/单价
1951 真空管 1
1965 晶体管 35
1975 集成电路 900
1995 大规模集成电路 2 400 000
2013 甚大规模集成电路 250 000 000 000

晶体管:受电流控制的开关

8.性能指标

不同的应用关注不同的性能指标

  • 响应时间：也叫执行时间，是计算机完成某任务所需的总时间，包括硬盘访问、内存活动，I/O活动、操作系统开销和CPU执行时间等。
  • 吞吐率：也叫带宽，表示单位时间内完成的任务数量
  • CPU执行时间：简称CPU时间，执行某一任务在CPU上花费的时间
  • 时钟周期（clock cycle）：计算机一个时钟周期的时间，用来度量计算机硬件完成基本功能的速度。它的倒数为时钟频率（clock rate），一般为常数
  • CPU执行时间 = 一个程序的时钟周期数 * 时钟周期 = 一个程序的CPU时钟周期数 / 时钟频率
  • CPU时钟周期数 = 程序的指令数 * 每条指令的平均时钟周期数
  • CPI(clock cycles per instruction): 执行每一个程序或者程序片段时，每条指令所需的时钟平均数
  • CPU执行时间 = 指令数 X CPI X 时钟周期时间

当比较两台计算机时，必须考虑全部3个元素（时钟周期，指令数、CPI）才能确定执行时间

9.cpu的功耗

1982~2004年，CPU工号与时钟频率稳步高速增长，近年来趋于缓和，原因在于功耗达到了极限，无法继续将处理器冷却下来。这就是“功耗墙”

功耗 = 负载电容 x 电压^2 x 开关频率

功耗：晶体管在开关过程中产生的功耗

功耗墙的出现，使微处理器由单处理器向多处理器转变。

10.如何评价一个计算机的性能

评价一个计算机的性能，一般通过查看运行SPEC开发的基准测试程序的数据来判断的。

SPEC是由多个计算机销售商共同资助的机构，专门开发基准测试程序。

11.为什么MIPS不能反映一个计算机的性能

MIPS = 指令数/（执行时间*10^6）每秒百万条指令

由MIPS = 指令数/（指令数 * CPI / 时钟频率 * 10^6） = 时钟频率 / (CPI * 10^6) 可见MIPS与指令数无关

MIPS只能反映计算机执行指令的速率，不能够反应计算机翻译指令的能力。

posted @ 2020-08-30 13:34  haozhenglong  阅读(489)  评论(0)    收藏  举报