第一章计算机系统概述考纲内容
文章目录
一、计算机系统层次结构
1. 计算机硬件基本组成
- 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成。
- 指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻访。
- 指令和数据均用二进制代码表示。
- 指令由操作码和地址码组成，操作码指出操作的类型，地址码指出操作数的地址。
- 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
- 早期的冯●诺依曼机以运算器为中心，输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据。而
现代计算机已经发展至以存储器为中心
注意:“存储程序”的概念是指将指令以代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束。
早期冯诺依曼计算机
现代计算机
2. 重要功能部件
(1) 存储器
主存： 内存（运行内存）
辅存： 机械硬盘、存放的app
app运行的时候读取数据到主存去
主要介绍的是主存储器
- 存储体
(M)
存储体由存储单元组成，每个存储单元包含若干存储元件，每个存储元件存储一位二进制代码“0”或“1”。
因此存储单元可存储一串二进制代码，称这串代码为存储字，称这串代码的位数为 存储字长，存储字长可以是1B(8bit)或是字节的偶数倍。
- 地址寄存器
(MAR)
位数=存储单元的个数=PC长度
- 数据寄存器
(MDR)
位数=存储字长
(2) 运算器
运算器的核心是算术逻辑单元ALU
- 通用寄存器，用于暂存操作数和中间结果，
- 累加器(ACC)
- 乘商寄存器(MQ)
- 操作数寄存器(X)
- 变址寄存器(IX)
- 基址寄存器(BR)
- 其中前3个寄存器是必须具备的
- 程序状态寄存器(PSW)， 也称标志寄存器，用于存放ALU运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息，如结果是否溢出、有无产生进位或借位、结果是否为负等。
(3) 控制器
- 程序计数器
(PC)：PC存放当前欲执行指令的地址，可以自动加1以形成下一条指令的地址 - 指令寄存器
(IR)：IR用来存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。指令中的操作码OP(IR)送至CU,用以分析指令并发出各种微操作命令序列;而地址码Ad(IR)送往MAR，用以取操作数。 - 控制单元
(CU)
目前的CPU是指运算器+控制器
3. 计算机工作过程
(1)取指令
PC->MAR->M->MDR->IR
(2)分析指令
OP(IR)->CU
(3)执行指令
Ad(IR)->MAR->M->MDR->ACC
二、计算机性能指标
1. 机器字长
机器字长是指计算机进行一次整数运算(即定点整数运算)所能处理的二进制数据的位数，通常与
CPU的寄存器位数、加法器有关。因此，机器字长一般等于内部寄存器的大小
2. 数据通路带宽
数据通路带宽是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。这里所说的数据通路宽度是指外部数据总线的宽度，它与CPU内部的数据总线宽度(内部寄存器的大小)有可能不同。
3. 主存容量
大小= 2MAR位数 x MDR位数
4. CPU时钟周期
通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位，执行指令的每个动作至少需要1个时钟周期。
CPU时钟周期= 1/主频
5. 主频(CPU时钟频率)
机器内部主时钟的频率，是衡量机器速度的重要参数。对于同一个型号的计算机，其主频越高，完成指令的一个执行步骤所用的时间越短，执行指令的速度越快。例如，常用CPU的主频有1.8GHz、2.4GHz、 2.8GHz 等。
频通常以Hz (赫兹)为单位，1Hz表示每秒1次
(4) CPU执行时间
CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数xCPI)/主频
CPU的性能(CPU执行时间)取决于三个要素:
-
主频(时钟频率)
-
每条指令执行所用的时钟周期数(CPI)
-
指令条数
(5)IPS
每秒钟执行指令的个数
IPS = 主频/CPI
(6)FLOPS
每秒钟执行多少次浮点运算
三、练手习题
参考书籍：王道2022考研计组 第一章
复习摸鱼产物（）