【计算机组成原理 - 第一章】计算机系统概论(完结)

本章参考王道考研相关课程:

【2021版】1.2.1_计算机硬件的基本组成_哔哩哔哩_bilibili

【2021版】1.2.2_认识各个硬件部件_哔哩哔哩_bilibili

【2021版】1.2.3_计算机系统的层次结构_哔哩哔哩_bilibili

【2021版】1.3_计算机的性能指标_哔哩哔哩_bilibili

目录

一、计算机的发展

二、计算机软硬件概念

三、计算机系统层次结构

1、三个级别的语言

2、翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序有什么差别?各自的特性是什么?

四、计算机的基本组成

1、冯诺依曼计算机特点

2、计算机硬件框图

(1)主存储器(cpu可以直接访问)、辅助存储

(2)运算器

(3)控制器

五、计算机工作过程

1、取数指令 ​编辑

2、乘法指令

 3、加法指令

4、存数指令

5、计算机工作过程总结

1、取指阶段(必经阶段)

2、分析阶段(必经阶段)

3、执行阶段(根据不同指令步骤不同)

六、计算机性能指标 

1、机器字长

2、存储器的性能指标

3、CPU的性能指标

4、系统整体性能指标

5、主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?为什么?


一、计算机的发展

  • 第一代:电子管计算机
  • 第二代:晶体管计算机
  • 第三代:较小规模集成电路
  • 第四代:较大规模集成电路

二、计算机软硬件概念

279dc12d04f24bd1a21efb79884ff0c2.jpg

  • 系统软件:标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务程序、数据库管理系统、网络软件等
  • 应用软件:科学计算类程序,工程设计类程序,数据统计与处理程序

三、计算机系统层次结构

8bc55da0348547cb851e1e0055568b40.jpg

1、三个级别的语言

  • 机器语言:二进制代码,计算机唯一可以直接识别和执行的语言
  • 汇编语言:用英文单词或其缩写代替二进制指令,必须经过一个称为汇编程序的系统软件翻译,将其转换为机器语言,才能在计算机的硬件系统上执行
  • 高级语言:为方便程序员处理问题,经过编译程序编译成汇编语言,然后通过汇编程序转换成机器语言,或直接由高级语言程序翻译成机器语言

  • 高级语言 ——编译——> 汇编语言 ——汇编——> 机器语言
  • 边翻译边执行叫做解析

2、翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序有什么差别?各自的特性是什么?

翻译程序:包括编译程序解释程序

  • 编译程序:将高级语言一次全部翻译成目标程序
  • 解释程序:翻译一句执行一句,并且不会生成目标程序

汇编程序:将汇编语言翻译成机器语言

四、计算机的基本组成

1、冯诺依曼计算机特点

  • 计算机由运算器存储器控制器输入设备输出设备组成
  • 指令和数据以同等地位存放于存储器内,并按地址寻访
  • 数据和指令均用二进制数表示
  • 指令由操作码地址码组成
  • 机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成
  • 早期冯诺依曼机最根本特征是【程序存储】,即按照地址访问并顺序执行指令
  • 计算机五大功能:数据传送功能、数据存储功能、数据处理功能、操作控制功能、操作判断功能

2、计算机硬件框图

8a605fc6cf654ed59599217a457e0011.jpg

(1)主存储器(cpu可以直接访问)、辅助存储

存储体含有许多存储单元,每个存储单元包含若干个存储元,每个存储元可以0或1

  • 存储字:一个存储单元存储一串二进制代码
  • 存储字长:这串二进制代码的位数

为了实现按地址存取,主存配置两个寄存器:

  • 地址寄存器MAR:指明要读/写哪个存储单元。位数=存储单元的个数
  • 数据寄存器MDR:暂存要读/写的数据。位数=存储字长

e6a361e30993479e9e1bd68aed8a94ae.jpg

(2)运算器

  • 运算器最少包括3个寄存器和一个算数逻辑单元ALU
  • 寄存器:ACC累加器、MQ乘商寄存器、X操作数寄存器

(3)控制器

  • 完成一条指令操作:取指阶段PC、分析阶段IR、执行阶段CU
  • 控制器由PC程序计数器、IR指令寄存器、CU控制单元组成

  • (Program Counter)PC程序计数器:存放下一条指令的地址,将指令传给MAR,有自动+1功能
  • (Instruction Register)IR指令寄存器:存放当前执行的指令,拆分出操作码传给CU,拆分出地址码传给MAR,MAR在主存储体中取出数据传给MDR
  • (Control Unit)CU控制单元:分析指令,给出控制信号

五、计算机工作过程

【2021版】1.2.2_认识各个硬件部件_哔哩哔哩_bilibili(16min开始)

高级语言的一段代码

int a=2,b=3,c=1,y=0;

void main()
{
    y=a*b+c;
}

1、取数指令 

2、乘法指令

 3、加法指令

4、存数指令

5、计算机工作过程总结

 CPU区分指令和数据的依据:指令周期的不同阶段

1、取指阶段(必经阶段)

  • PC存放下一条指令的地址 ——> MAR(存放欲访问的存储单元地址)
  • MAR在存储体内找到存储指令的地址 ——> MDR(存放从主存储体取来的数据)
  • MDR将指令 ——> IR(存放当前执行的指令)
  • 取数阶段结束 PC++

2、分析阶段(必经阶段)

  • IR拆分出操作码 ——> CU   
  • 分析阶段结束

3、执行阶段(根据不同指令步骤不同)

  • IR拆分出地址码 ——> MAR
  • MAR在存储体内找到存储的数据的地址 ——> MDR
  • MDR ——> ACC
  • 执行阶段结束

六、计算机性能指标 

1、机器字长

CPU一次能处理数据的位数,一般等于内部寄存器的大小,决定了计算机的运算精度

2、存储器的性能指标

  • MAR:位数反映存储单元的数量
  • MDR:位数反映存储字长(存储字长=存储单元二进制码的位数)

总容量 = 存储单元个数×存储字长 bit(b)

            = 存储单元个数×存储字长÷8 byte(B)

1 byte = 8 bit

eg:MAR为32位,MDR为8位

总容量 = 2^{32}\times 8 \ bit=4GB

描述存储容量、文件大小时:

K—2^{10}        M—2^{20}        G—2^{30}        T—2^{40}        P=2^{50}

3、CPU的性能指标

1、时钟周期:CPU中最小时间单位(单位:微秒、纳秒)

2、CPU主频(时钟频率):CPU内数字脉冲信号振荡频率,主频越高的CPU不一定比主频低的CPU快

CPU主频=1/时钟周期 (单位:Hz)

3、CPI:执行一条指令所需的时钟周期数,不同指令CPI不同,相同指令CPI也可能变化

4、CPU执行时间(运行一个程序花费的时间) =(指令条数×CPI)÷主频

eg:某CPU主频为1000Hz,某程序包含100条指令,平均来看指令的CPI=3,问该程序走该CPU上执行需要多久?

100×3÷1000=0.3s

5、IPS:每秒执行多少条指令 IPS=主频÷平均CPI

KIPS、MIPS——比如:2MIPS,即每秒能执行 2\times 10^{6} 条指令

6、FLOPS:每秒执行多少次浮点运算

KFLOPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS

7、核数——处理器个数(核心数:八核)

描述频率、速度时: 

K=10^{3}      M=10^{6}     G=10^{9}      T=10^{12}     

4、系统整体性能指标

1、数据通路带宽:数据总线一次所能并行传送信息的位数,各硬件部件通过数据总线传输数据

2、吞吐量:指系统在单位时间内处理请求的数量,主要取决于主存的存储周期

3、响应时间

4、基准程序(动态测试):像鲁大师这种跑分软件,一般情况下,基准测试程序能够反映机器性能的好坏。但由于基准程序中的语句存在频度的差异,因此运行结果并不能完全说明问题

5、主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?为什么?

衡量CPU运算速度的指标有很多,不能以单独的某个指标来判断CPU的好坏

CPU的主频和实际的运算速度存在一定的关系,但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系,因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标(架构、缓存、指令集、CPU的位数、 Cache大小等)。由于主频并不直接代表运算速度,因此在一定情况下很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mfbz.cn/a/269.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

彻底搞懂nodejs事件循环

nodejs是单线程执行的,同时它又是基于事件驱动的非阻塞IO编程模型。这就使得我们不用等待异步操作结果返回,就可以继续往下执行代码。当异步事件触发之后,就会通知主线程,主线程执行相应事件的回调。 以上是众所周知的内容。今天…

14个Python处理Excel的常用操作,非常好用

自从学了Python后就逼迫用Python来处理Excel,所有操作用Python实现。目的是巩固Python,与增强数据处理能力。 这也是我写这篇文章的初衷。废话不说了,直接进入正题。 数据是网上找到的销售数据,长这样: 一、关联公式:…

人工智能轨道交通行业周刊-第35期(2023.2.20-2.26)

本期关键词:重庆智慧轨道、智能运维主机、标准轨距、地方铁路公报、景深、机器视觉应用 1 整理涉及公众号名单 1.1 行业类 RT轨道交通人民铁道世界轨道交通资讯网铁路信号技术交流北京铁路轨道交通网上榜铁路视点ITS World轨道交通联盟VSTR铁路与城市轨道交通Rai…

【C/C++】必知必会知识点大总结

✍个人博客:https://blog.csdn.net/Newin2020?spm1011.2415.3001.5343 📚专栏地址:C/C知识点 📣专栏定位:整理一下 C 相关的知识点,供大家学习参考~ ❤️如果有收获的话,欢迎点赞👍…

基于Reactor模式下的epoll多路复用服务器

文章目录一、认识Reactor模式1.1 Reactor 模式的概念1.2 Reactor 模式的组件1.3 Reactor 模式的流程1.4 Reactor 模式的优点二、Reactor模式下的 epoll ET服务器2.1 总体设计思路2.2 Connection 类结构2.3 封装 socket 实现 Sock 类2.4 封装 epoll 实现 Epoller 类2.4.1 Create…

2023年BeijngCrypt勒索病毒家族最新变种之.halo勒索病毒

目录 前言:简介 一、什么是.halo勒索病毒? 二、.halo勒索病毒是如何传播感染的? 三、感染.halo后缀勒索病毒建议立即做以下几件事情 四、中了.halo后缀的勒索病毒文件怎么恢复? 五、加密数据恢复情况 六、系统安全防护措施建…

宣布推出 .NET 社区工具包 8.1!

我们很高兴地宣布 .NET Community Toolkit 8.1 版正式发布!这个新版本包括呼声很高的新功能、bug 修复和对 MVVM 工具包源代码生成器的大量性能改进,使开发人员在使用它们时的用户体验比以往更好! 就像在我们之前的版本中一样,我…

STM32F1硬件SPI驱动nRF24L01通过按键控制数据收发带状态反馈

STM32F1硬件SPI驱动nRF24L01通过按键控制数据收发带状态反馈📌相关篇《STM32F1基于STM32CubeMX配置硬件SPI驱动nRF24L01数据收发》 🎬功能演示 🌿工程默认配置的是STM32F103VC单片机,其他型号的修改需要修改启动文件startup_st…

python+django+vue图书个性化推荐系统

整个系统是由多个功能模块组合而成的,要将所有的功能模块都一一列举出来,然后进行逐个的功能设计,使得每一个模块都有相对应的功能设计,然后进行系统整体的设计。 本图书个性化推荐系统结构图如图python manage.py runserver 开…

宇宙最强-GPT-4 横空出世:最先进、更安全、更有用

文章目录前言一、准确性提升1.创造力2.视觉输入3.更长的上下文二、相比于ChatGPT有哪些提升1.GPT-4 的高级推理能力超越了 ChatGPT2.GPT-4 在多种测试考试中均优于 ChatGPT。三、研究团队在GPT-4模型都做了哪些改善1.遵循 GPT、GPT-2 和 GPT-3 的研究路径2.我们花了 6 个月的时…

分享10个不错的C语言开源项目

今天跟大家分享10个重量级的C语言开源项目,C语言确实经得住考验: Redis:Redis是一个开源的高性能的键值对数据库。它以C语言编写,具有极高的性能和可靠性。 Nginx:Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理服务器&#xff0…

刚工作3天就被裁了....

前言 还有谁?刚上三天班就被公司公司的工作不适合我,叫我先提升一下。 后面我也向公司那边讨要了一个说法,我只能说他们那边的说辞让我有些不服气。 现在之所以把这件事上记录一下,一是记录一下自己的成长轨迹,二是…

改进YOLO系列 | CVPR2023最新Backbone | FasterNet 远超 ShuffleNet、MobileNet、MobileViT 等模型

论文地址:https://export.arxiv.org/pdf/2303.03667v1.pdf 为了设计快速神经网络,许多工作都集中在减少浮点运算(FLOPs)的数量上。然而,作者观察到FLOPs的这种减少不一定会带来延迟的类似程度的减少。这主要源于每秒低浮点运算(FLOPS)效率低下。并且,如此低的FLOPS主要…

javaSE系列之类与对象

javaSE系列之类与方法什么是类类的定义书写事项什么是实例化this引用this的注意事项对象的初始化构造方法封装的概念访问限定符封装扩展之包static成员static的特性static的初始化代码块注意事项内部类1.实例内部类💗 💗 博客:小怡同学💗 &am…

【LeetCode】1171. 从链表中删去总和值为零的连续节点、面试题 02.05. 链表求和

作者:小卢 专栏:《Leetcode》 喜欢的话:世间因为少年的挺身而出,而更加瑰丽。 ——《人民日报》 目录 1171. 从链表中删去总和值为零的连续节点 面试题 02.05. 链表求和 1171. 从链表中删去总和…

【面试题】面试官:如果后端给你 1w 条数据,你如何做展示?

最近一位朋友参加阿b的面试,然后面试官问了她这个问题,我问她咋写的,她一脸淡定的说:“虚拟列表。”大厂面试题分享 面试题库前后端面试题库 (面试必备) 推荐:★★★★★地址:前端面…

tp6实现邮件发送

tp6实现邮件发送 phpMailer 是一个非常强大的 ph p发送邮件类,可以设定发送邮件地址、回复地址、邮件主题、html网页,上传附件,并且使用起来非常方便。 phpMailer 的特点: 1、在邮件中包含多个 TO、CC、BCC 和 REPLY-TO。2、平台应用广泛,支持的 SMTP…

阿里p8测试总监,让我们用这份《测试用例规范》,再也没加班过

经常看到无论是刚入职场的新人,还是工作了一段时间的老人,都会对编写测试用例感到困扰?例如: 固然,编写一份好的测试用例需要:充分的需求分析能力 理论及经验加持,作为测试职场摸爬打滚的老人&…

ElasticSearch 8 学习笔记总结(六)

文章目录一. ES8 的Java API 环境准备二. ES8 的Java API 索引操作三. ES8 的Java API 文档操作1. 文档的 插入 批量插入 删除等操作2. 文档的查询四、异步客户端操作一. ES8 的Java API 环境准备 ES8 废除了Type的概念。为了适应这种数据结构的改变,ES官方从1.7版…

学习 Python 之 Pygame 开发魂斗罗(十一)

学习 Python 之 Pygame 开发魂斗罗(十一)继续编写魂斗罗1. 改写主类函数中的代码顺序2. 修改玩家初始化3. 显示玩家生命值4. 设置玩家碰到敌人死亡5. 设置敌人子弹击中玩家6. 修改updatePlayerPosition()函数逻辑继续编写魂斗罗 在上次的博客学习 Pytho…
最新文章