考研复习 计算机组成原理

1 计算机系统概述

1.1 发展历程

1.1.1 四代变化

• 电子管时代
  1946-1957
  采用电子管，机器语言编程，磁鼓存储
• 晶体管时代
  1958-1946
  晶体管，主存采用磁芯，高级语言
• 中小规模集成电路
  集成电路，半导体，高级语言
• 超大规模集成电路
  集成电路，微处理器，高速缓存，虚拟存储

1.1.2 元件更新换代

摩尔定律

集成电路上可容纳的晶体管数目，每隔18个月加一倍，性能升一倍。

半导体存储器

大容量，4倍增长

微处理器

Intel 4004，Intel 80x86,Pentium系列

1.1.3 按指令流和数据流分类

单指令流和但数据流（SISD），传统冯诺依曼体系

1.2 计算机系统层次结构

1.2.1 系统组成

软件和硬件。软硬件在逻辑上等效。

1.2.2 硬件组成

1.2.2.1 早期冯诺依曼

存储程序的概念奠定了现代计算机的基本结构
以运算器为中心，原因是早期集成电路规模小，存储器容量小，以运算器为中心。

1.2.2.2 现代计算机

以存储器为中心。
依然是存储程序的思想，属于冯诺依曼机。

1.2.3 软件组成

系统软件：操做系统，数据库管理系统（DBMS），语言处理程序，分布式软件系统，网络软件系统，服务性程序等
应用软件：数据库系统

1.2.4 多级层次结构

虚拟机器M4(高级语言)–> 虚拟机器M3(汇编语言)–> 虚拟机器M2(操作系统)–> 传统机器M1(机器语言)–> 微程序机器M0(微指令系统)

1.3 性能指标

1.3.1 存储容量

一般地，2^MARxMDR

1.3.2 运算速度

• 吞吐量
  单位时间内处理请求的数量。主要取决于主存的存取周期。
• 响应时间
• CPU 时钟周期T
• 主频 时钟周期的倒数1/T MHz,表示每秒M个周期
• CPI 一条指令需要的时钟周期数。
• CPU 执行时间
  CPU执行时间=指令条数*CPI/主频
• MIPS
  MIPS=主频/CPI

2 数据表示和运算

2.1 数制与编码

(123.678)_10

2.1.2 BCD码

• 8421码
• 余3码 8421+3
• 2421码 四位二进制大于或等于5的最高位为1

2.1.3 编码

区位码->国标码->汉字码
汉字内码=国标码+8080H=区位码+2020H

2.1.4 校验码

• 奇偶校验
  1的个数为奇或偶
• 海明校验
  n+k<=2^k-1,n>=k
• 循环冗余码