计算机组成原理-绪论

• 绪论
  • 冯诺依曼计算机模型

    

    • 北桥芯片：靠近CPU ，负责CPU内存和显示部件之间的联络和管理
    • 南桥芯片：靠近PCI，负责主机与硬盘、键盘、USB设备等外设管理
    • 电子计算机由：控制单元CU、运算单元ALU、存储器、输入单元和输出单元以及连接它们的总线(BUS)
      • CU和ALU构成处理单元（处理器）
      • CPU中央处理器：只有一个PU
      • 有多个PU：并行计算机（高性能计算机）
  • 微型计算机组成框图

    
  • PU组成：ALU+CU+寄存器
    • ALU由加法器、逻辑运算器、移位器、求补器组成
    • CU由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信号发生器CSG、相应的控制逻辑（控制器）组成
    • CU依据指令译码器产生的一系列 操作命令/信号来指挥、协调PU乃 至计算机系统中各个部件的工作
    • 寄存器：数据寄存器（加法运算结果累加器ACC）、地址寄存器（基址、变址寄存器）、标志寄存器
      • 基于触发器结构的存储部件在存入数据时，需要（瞬时）脉冲的（打入）控制
  • 计算机系统组成：没有软件的硬件机器称为裸机

    

    • 计算机软硬件等价性原理：硬件和软件在逻辑功能上是等价的。软件的功能在原理上可以由硬件或固件实现。硬件的功能在原理上也可以由软件的模拟来实现。
    • 指令集：软硬件功能划分的界面，是计算机体系结构核心
  • 计算机性能评价
    • 机器字长：ALU所输入操作数的二进制位数，也是处理器内部数据寄存器包含的二进制位数。一个字由8个二进制位组成
    • 主存储器容量：主存储器的存储单元个数乘以存储单元宽度。
      • 最大存储单元个数取决于处理器地址总线的线数（宽度）
      • 1024=1k,1024k=1M,1024M=1G,1024G=1T
    • 处理速度：MIPS（百万条指令每秒）、MFLOPS(百万次浮点操作次数每秒)、CPI（每条指令的平均时钟周期）
    • 主频：主时钟的频率。主频的倒数为时钟周期。
      • 执行一个程序所需处理器时间：该程序的指令条数xCPIx时钟周期
      • 提高主频缩短执行时间，主频提高带来功耗增加、产生热量高
    • 存储器的存取周期：存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间。半导体存储器通常在十几到上百纳秒之间，磁盘一般在10毫秒以上。
    • 功耗
    • 软件兼容性：
      • 向上（下）兼容可以运行在更（高）低档机器
      • 向前（后）兼容：可以运行在比它早（晚）投入市场同型号机器
    • 系统软件配置：操作系统、数据库管理系统、文本编辑器、高级语言程序开发环境、互联网浏览器
    • 吞吐率与响应时间：单位之间内完成的任务数与用户输入命令\数据后得到第一个结果的时间间隔
    • 辅助存储器容量
  • 计算机的产生与发展
    • 电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机
    • 电子管计算机：软件用机器语言、后期汇编语言，高级程序设计语言Fortran面世
    • 晶体管计算机：逻辑元件晶体管，主存储器磁芯，辅助存储器磁带或磁盘
    • 集成电路计算机：IC集成电路，半导体存储器
    • 摩尔定律：计组翻一倍
    • 大规模集成电路：微处理器、微型计算机
    • 量子计算机
  • 计算机系统分类：模拟式和数字式
    • 微型计算机分类（按结构集成不同）：单片机和单板机
    • 工业现场控制计算机：工业控制计算机、单片机、可编程控制器（PLC）