Revisión de los principios de la organización informática: una descripción general de los sistemas informáticos

1. Descripción general del sistema informático

1.1 Jerarquía de los sistemas informáticos

(1)
En términos de hardware, el sistema informático se puede dividir en cinco componentes funcionales:
unidad aritmética, controlador, memoria, dispositivo de entrada, dispositivo de salida

Se desarrollará en torno a su principio de funcionamiento, implementación lógica, método de diseño y el método de interconexión para formar la máquina completa.

En una máquina típica de von Neumann, la dirección de conducción de las líneas de datos y las instrucciones de control se muestra en la siguiente figura: Cabe

señalar que la unidad aritmética y el controlador están integrados en la CPU, es decir, solo quedan la memoria y la CPU. .

Con respecto a las funciones de los cinco tipos de hardware:
Calculadora: funciones completas de almacenamiento temporal de datos, transformación, operación aritmética y operación lógica
Controlador: completa el comando y control de la operación coordinada de varios componentes de la computadora, asegurando que las instrucciones se ejecuten de acuerdo con las orden y pasos predeterminados
Memoria: almacena programas y datos, y es el centro de almacenamiento e intercambio de diversa información de las computadoras. La memoria puede intercambiar información con la CPU y los dispositivos de entrada y salida
Dispositivos de entrada: programas que ingresan datos de Yuan Shu y procesan estos datos. La información de entrada incluye números, letras y símbolos de control, etc.
Dispositivo de salida: salida de los resultados de procesamiento de la computadora. La información de salida incluye tablas y gráficos alfanuméricos

Características de las máquinas von Neumann:

• El hardware está compuesto por dispositivos de entrada y salida de memoria del controlador de unidades aritméticas
• Representar programas y datos en código binario.
• Se adopta el modo de trabajo del programa almacenado: el programa y los datos se colocan en la misma memoria por adelantado, y el programa compuesto de instrucciones se puede modificar
• Las instrucciones se almacenan en la memoria según el orden de ejecución, y el contador de instrucciones indica la dirección de la unidad de la instrucción a ejecutar, que generalmente se incrementa en orden
• La máquina está centrada en la calculadora y la transmisión de datos pasa por la calculadora.
• La idea clave de la computadora de von Neumann: almacenar programas y ejecutarlos en orden de dirección

(2) Software
De acuerdo con diferentes orientados a objetos, se puede dividir en software de sistema y software de aplicación

• Software del sistema: orientado al sistema, utilizado para administrar todo el sistema informático, asignar los recursos del sistema de manera razonable y garantizar el funcionamiento normal y eficiente de la computadora.
• Software de aplicación: programa de aplicación orientado al usuario compilado de acuerdo con los requisitos especiales del usuario, este tipo de software generalmente cumple con ciertos tipos de requisitos del usuario
  

1.2 Indicadores de rendimiento de la computadora

Longitud de palabra básica: se refiere a los dígitos binarios básicos utilizados para representar un operando o una instrucción en una computadora.

• La longitud de palabra básica es el ancho de datos que la CPU puede procesar al mismo tiempo, que está relacionado con el sumador, el número de bits en el registro y el ancho del bus de datos interno.
• La longitud de la palabra marca la precisión, cuanto más larga sea la longitud de la palabra, mayor será la precisión de la operación
• La longitud de la palabra afecta la potencia de procesamiento y el rendimiento informático de la computadora.
• La longitud de la palabra suele ser un múltiplo entero de bytes, como 2, 4, 8, etc.
  

Velocidad de cómputo: refleja la velocidad de cómputo de la computadora, y hay varias formas diferentes de medir la velocidad de cómputo

• Según la frecuencia de diferentes tipos de instrucciones en el proceso de cálculo, multiplicado por diferentes coeficientes para obtener un promedio estadístico, es decir, la velocidad de operación promedio
• Proporciona directamente el tiempo de ejecución real de cada instrucción
  Nota, toma MIPS y MFLOPS como unidad de medida para medir la velocidad de operación

Varios conceptos relacionados:
Tiempo de respuesta (tiempo de ejecución): El tiempo desde el inicio del evento hasta el final del evento
Frecuencia principal Fc: Cada computadora tiene un dispositivo que genera continuamente pulsos de reloj de frecuencia fija, llamado reloj principal. La frecuencia del reloj principal de la CPU generalmente se denomina frecuencia principal de la máquina, que es un parámetro importante para medir la velocidad de una computadora.
Ciclo de reloj de la CPU: el recíproco de la frecuencia principal de la CPU Tc
CPI (Ciclo por instrucción): el número promedio de ciclos de reloj necesarios para ejecutar una instrucción
Tiempo de ejecución de la CPU: (el tiempo total es igual al número total de instrucciones en el programa In el número de ciclos de reloj necesarios para ejecutar una instrucción CPI CPU período de tiempo Tc)

$$MIPD\_=\frac{I_{}}{T_{PCU}\ast 10^6}=\frac{I_{}}{I_{}\ast CPI\ast T_{}\ast 10^6}=\frac{F_{}}{CPI\ast 10^6}$$

Otras soluciones a la tercera pregunta:
Para obtener el número de ciclos de reloj necesarios para cada instrucción, puede dividir el tiempo de ejecución de cada instrucción por la duración del ciclo de la máquina, como en el título, también puede usar el número
de ciclos en un segundo dividido por 8M Número de instrucciones que se pueden procesar por segundo 0.4 MIPS

Cabe señalar que en la cuarta pregunta se menciona que
si los circuitos lógicos on-chip de la máquina son iguales, el CPI (la cantidad de ciclos de reloj necesarios para cada instrucción es la misma, es decir, la diferencia entre diferentes máquinas se encuentra en la frecuencia de la CPU)