【计算机组成原理】计算机系统概述总结——基本知识要点汇总

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【更新日志】

最近更新:

  • 新增内容——部分模块增加历年真题摘录(2020.10.10)
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计算机统考408考纲要求

2021计算机统考408考纲计算机组成原理学科考察目标

  • 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结果以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念
  • 理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法
  • 能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,对一些基本部件进行简单设计,并能对高级程序设计语言(如C语言)中的相关问题进行分析

2021计算机统考408考纲变动情况

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2021计算机统考408考纲对计算机系统概述部分考察要求

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计算机发展历程

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计算机系统层次结构

计算机系统的基本组成

由计算机硬件系统和计算机软件系统组成

  • 计算机硬件系统:指构成计算机系统的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础,是计算机系统的核心
  • 计算机软件系统:将解决问题的方法、思想和过程用程序进行描述,程序是软件的核心组成部分。程序通常存储在介质上。一台计算机中全部程序的集合统称为这台计算机的软件系统,按其功能分成应用软件和系统软件两大类

计算机硬件的基本组成

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计算机软件与硬件的关系

操作系统:操作系统是管理计算机各种资源、自动调度用户作业、处理各种中断的软件。由操作系统管理的资源,通常有硬件、软件和数据信息。操作系统的规模和功能可大可小,随不同的要求而异。常见的操作系统有:DOS、UNIX、Windows、Linux等

语言处理程序

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计算机系统的工作过程

  • 把程序和数据装入主存
  • 从程序的起始地址允许程序
  • 用程序首地址从存储器取出第一条指令,经过译码、执行等一系列步骤完成指令功能,计算下一条指令的地址
  • 用得到的地址继续读第二条指令执行,直到程序结束

每条指令都是在取指、译码和执行的循环中完成的

真题摘录:

  • 冯·诺依曼计算机中指令与数据均以二进制形式存放在存储器,CPU区分它们的依据是() 【全国联考2009年】
    A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元
    答案:C

解析:CPU区分从内存获得的是数据或指令,依据指令周期的不同阶段,取指令CPU从存储器获得的一定是指令

计算机性能指标

基本性能指标

字长:一般指一次参与运算数据的基本长度,用二进制数位的长度来衡量。字长对计算机性能有下列几方面的影响:

  • 影响运算精确度。字长越长,计算精确度就越高,反之计算精确度就越低
  • 影响数据的表示范围。字长越长,数据的表示范围就越大
  • 影响运算速度。当需要运算的数据位较多,而字长又比较短时,需要经过多次运算才能完成计算任务,降低了运算速度

【计算机中的位、字节、字、字长的关系】

  • 位或比特(bit)。一个电子线路单元称为一个“位”(bit),它有两个稳定的工作状态,分别以“0”和“1”表示。是计算机中最小的数据单位。
  • 字节(byte)。8位二进制数称为一个“字节”(byte,简写B)。它是计算机存储信息的基本单位,也是计算机存储空间大小的最基本容量单位。
  • 字(word)。若干个字节组成一个“字”(word)。一个“字”可以存放一条计算机指令或一个数据。
  • 字长。CPU内每个字可包含的二进制的长度称为“字长”(word size)。字长越长,在相同时间内就能传送越多的信息。微机的字长有16位(两个字节)、32位(四个字节)、64位(八个字节)等。

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主存容量:指主存能存储的最大信息量。增加主存容量能减少程序运行期间访问辅助存储器的次数,从而提高程序的执行速度,也有利于计算机性能的提高

与执行时间有关的性能指标

CPU时钟周期:时钟周期是时钟频率的倒数,也称为节拍周期或T周期,是处理操作最基本的时间单位

主频:CPU时钟信号的频率,即CPU的工作频率

CPI:计算机中一条指令的执行时间等于该指令实际执行过程中所用到的时钟周期之和。CPI是指执行每条指令所需要的平均时钟周期数

CPU时间:计算某个任务时CPU实际消耗的时间,也即CPPU真正花费在某程序上的时间

MIPS:CPU在每秒钟执行多少个百万条指令

FLOPS:即每秒浮点运算次数,每秒峰值速度

  • 一个MFLOPS(megaFLOPS)等于每秒一百万(=10^6)次的浮点运算,
  • 一个GFLOPS(gigaFLOPS)等于每秒十亿(=10^9)次的浮点运算,
  • 一个TFLOPS(teraFLOPS)等于每秒一万亿(=10^12)次的浮点运算,(1太拉)
  • 一个PFLOPS(petaFLOPS)等于每秒一千万亿(=10^15)次的浮点运算,
  • 一个EFLOPS(exaFLOPS)等于每秒一百京(=10^18)次的浮点运算,
  • 一个ZFLOPS(zettaFLOPS)等于每秒十万京(=10^21)次的浮点运算。

真题摘录:

  • 假设基准程序A在计算机上运行时间为100s,其中90s为CPU时间,其余为I/O时间。若CPU速度提高50%,I/O速度不变,则运行基准程序A所耗费的时间是() 【全国联考2012年】
    A.55秒 B.60秒 C.65秒 D.70秒
    答案:D

解析:CPU运行1个程序的时间 = 平均的指令周期 x 指令总数 = (时钟周期 x 平均CPI) x 指令总数。程序A不变,则平均CPI、指令总数不变,则CPU速度提高50%即时钟频率为原来的1.5倍时钟周期缩短为原来的2/3。

  • 程序P在M上的执行时间是20秒,编译优化后,PP执行的指令数减少到原来的70%,而CPI增加到原来的1.2倍,则P在M上的执行时间是() 【全国联考2014】
    A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒
    答案:D

解析:CPU运行1个程序的时间 = 平均的指令周期 x 指令总数 = (时钟周期 x 平均CPI) x 指令总数,代入计算即可

  • 假定计算机M1和M2具有相同的指令体系结构(ISA),主频分别为1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2上运行某基准程序P,平均CPI分别为2和1,则程序P在M1和M2上运行的时间的比值是() 【全国联考2017年】
    A.0.4 B.0.625 C.1.6 D.2.5
    答案:C

解析:CPU运行1个程序的时间 = 平均的指令周期 x 指令总数 = (时钟周期 x 平均CPI) x 指令总数
在M1运行,程序的运行时间 = (1/1.5G)x 2 x 指令总数
在M2运行,程序的运行时间 = (1/1.2B)x 1 x 指令总数
计算得比值为1.6

持续更新中……
我是桐小白,一个摸爬滚打的计算机小白

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