王道计算机考研-计算机组成原理学习笔记

计算机硬件的组成

冯诺依曼计算机

• 特点
  • 由5大部件组成
  • 指令和数据以同等地位位于存储器，可按照地址寻访
  • 指令和数据以二进制数据表示
  • 指令由操作码和地址码组成
  • 以运算器为中心
    

现代计算机组成

• 特点
  • 以存储器为核心
    

总结

• 计算机有5大部分组成
• 冯诺依曼计算机结构以运算器为中心
• 现在计算机结构以存储器为核心
  

各个硬件的工作原理

主存储器

基本组成

• 存储体
• MAR
• MDR

存储单元：存放二进制代码
存储字:存储单元中二进制代码的组合
存储字长：存储单元中二进制代码的位数
存储元 ：存储二进制的电子元件，每个存储元可以存储1bit

运算器

基本组成

• ACC:累加器
• MQ：
• X：通用操作数寄存器
• ALU：算数逻辑单元，通过复杂电路实现算术运算、逻辑运算

控制器

组成部分

• CU:控制单元，分析指令，给出控制信号
• IR：指令寄存器
• PC：存放下一条指令地址，有自动加1功能
  
• 总结
  

计算机多级层级结构

高级语言编写的源程序，通过编译程序的翻译，返程成汇编语言。汇编语言再通过汇编程序的翻译，翻译成机器语言（二进制指令）。
python/js:解释器翻译
c/c++/java:编译器翻译：翻译一次，到处执行

• 总结
  

计算机性能指标

存储器性能指标

总容量=存储单元数*存储字长
MAR:反应存储单元最多支持的个数
MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小

cpu性能指标

CPU主频：cpu数字脉冲信号震荡频率
CPI（Clock cycle per instruction）：每条指令的完成需要多少个时钟周期数

执行一条指令的耗时=CPI*CPU

IPS：每秒执行多少指令
FLOPS（floating-point per-secend）：每秒执行多少浮点运算

系统整体性能

数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送的信息位数
吞吐量：单位时间内处理请求的数量
响应时间：从发送请求到系统做出响应所需要的等待时间

通常包括cpu时间和等待时间（磁盘、内存访问）

• 总结
  

数据的表示和运算

进位计数制

• r进制公式
  

二进制转八进制、16进制

十进制转任意进制

整数部分：除基取余法
小数部分：乘基取整法

• 总结

BCD码（binary-coded decimal）

存储系统

基本概念

• 按照层级分类
  从上到下，读写速度越快，容量约小，价格越高。
  
• 按照存储介质
  • 半导体存储器(主存、cache)
  • 磁性材料(磁盘、磁带)
  • 光存储器（光盘）
• 按照存储方式
  • 随机存取器:读写任意存储单元的时间都相同
  • 顺序存取存储器
  • 直接存取存储器:既有随机存取特性，也有顺序存取特性
  • 相连存储器
• 信息的可更改性
  • 读写存储器
  • 只读存储器
• 信息的可保存性
  • 断电后，存储信息消失
  • 断电后，信息依然保存
  • 信息读出后，存储信息会被破坏
  • 信息读出后，存储信息不会被破坏

存储器性能指标

1、存储容量：存储字数字长（1M8位,MDR反应存储字长）
2、单位成本：每位价格=总成本/总容量
3、存储速度：数据传输率 = 数据的宽度/存储周期
4、主存带宽，又成数据传输速率，表示每秒从主存进出信息的最大数量。

• 总结
  

主存的基本组成

• 总结