计算机组成原理 1

第一章 计算机系统阐述

1. 冯诺依曼结构

• 基本工作方式：控制流驱动

• 基本特点：按地址访问并顺序执行指令

• 采用二进制
  - 电子元件要求低，只需要两种稳定状态
  - 抗干扰能力强
  - 可以简化逻辑线路

• 程序储存
  - 程序包括指令和数据
  - 程序存放在存储器中，根据指令控制计算机的执行
  - 标志自动运算的开始

• 组成
  - 五大部件：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备
  - 计算机主机：运算器，控制器，存储器
  - CPU：运算器，控制器

2.程序设计语言的层次结构

• 程序设计语言包含：机器语言，汇编语言，高级语言

• 高级语言通过编译器转化为汇编语言，汇编语言通过汇编器转化为机器语言

• 计算机可以直接执行机器语言

• 汇编语言是机器语言的符号表示，提高可读性和功能性

3.计算机的层次结构

• 硬件逻辑层
• 机器语言层
• 操作系统层
• 汇编语言层
• 高级语言层

4.计算机的主要性能指标

1. 机器字长

• 机器字长：计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数。
  存储字长：存放在一个存储单元中的二进制代码位数。
• 机器字长和存储字长通常是相同的，但也可以不同。
  不同的情况下，一般是存储字长比机器字长小。

2. 运行速度

• 以运算速度衡量机器的运行速度 FLOPS
  现代高性能计算机的浮点运算速度通常用每秒执行的浮点运算次数表示。
  FLOPS=程序中的浮点操作次数/执行时间
  根据数量级分为MFLOPS,GFLOPS,TFLOPS,PFLOPS

• 以指令执行速度衡量机器的运行速度 CPI MIPS

  CPI:执行每条指令需要的时钟周期数
  CPI=执行程序所需要的时钟周期数/程序中的指令数
  MIPS：单位时间内执行指令的平均条数（以百万为单位）
  MIPS=程序中的指令条数/(程序执行时间*10^6)

• 以机器主频衡量机器的运行速度
  主频：主时钟频率，通常由外部振荡器倍频或分频得到。
  主频的倒数即主时钟周期。
  MIPS=主时钟频率/(CPI*10^6)

• 用基准测试程序评价计算机的性能