計算機組成原理考研知識點梳理,計算機組成原理考研知識點彙總

計算機組成原理考研知

識點彙總

一, 計算機系統概述 (一) 計算機發展曆程

第一台電子計算機ENIAC誕生于1946年美國賓夕法尼亞大學.ENIAC用了18000電子管,1500繼電器,重30噸,

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占地170m,耗電140kw,每秒計算5000次加法.馮?諾依曼(VanNeumann)首次提出存儲程式概念,将資料和程式一起放在存儲器,使程式設計更加友善.50年來,雖然對馮?諾依曼機進行很多改革,但結構變化不大,仍稱馮?諾依曼機.

一般把計算機的發展分為五個階段: 發展階段 時間 硬體技術 速度/(次/秒) 第一代 1946-1957 電子管計算機時代 40 000 第二代 1958-1964 半導體計算機時代 200 000 第三代 1965-1971 中小規模內建電路計算機時代 1 000 000 第四代 1972-1977 大規模內建電路計算機時代 10 000 000 第五代 1978-現在 超大規模內建電路計算機時代 100 000 000 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)電子數字積分機和計算機 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)電子離散變量計算機

組成原理是講硬體結構的 系統結構是講結構設計的

摩爾定律 微晶片上的內建管數目每3年翻兩番.處理器的處理速度每18個月增長一倍. 每代晶片的成本大約為前一代晶片成本的兩倍 新摩爾定律 全球入網量每6個月翻一番.

數學家馮·諾依曼(von Neumann)在研究EDVAC機時提出了“儲存程式”的概念.以此為基礎的各類計算機通稱為馮·諾依曼機.它有如下特點:

①計算機由運算器,控制器,存儲器,輸入和輸出五部分組成 ②指令和資料以同等的地位存放于存儲器内,并可按位址尋訪 ③指令和資料均用二進制數表示

④指令由操作碼和位址碼組成,操作碼用來表示操作的性質,位址碼用來表示操作數在存儲器中的位置 ⑤指令在存儲器内按順序存放

⑥機器以運算器為中心,輸入輸出裝置與存儲器間的資料傳送通過運算器完成

圖中各部件的功能 ·運算器用來完成算術運算和邏輯運算并将的中間結果暫存在運算器内

·存儲器用來存放資料和程式 ·控制器用來控制,指揮程式和資料的輸入,運作以及處理運作結果 ·輸入裝置用來将人們熟悉的資訊轉換為機器識别的資訊

·輸出裝置将機器運算結果轉為人熟悉的資訊形式

運算器最少包括3個寄存器(現代計算機内部往往設有通用寄存器)和一個算術邏輯單元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)為累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)為乘商寄存器,X為操作數寄存器,這3個寄存器在完成不同運算時,說存放的操作數類别也各不相同.

計算機的主要硬體名額

(4.a) 主機完成一條指令的過程——以取數指令為例

(4.b) 主機完成一條指令的過程——以存數指令為例

(二) 計算機系統層次結構 1. 計算機硬體的基本組成

計算機硬體主要指計算機的實體部分,通常有運算器,控制器,存儲器,輸入和輸出五部分. CPU是指将運算器和控制器內建到一個電路晶片中. 2. 計算機軟體的分類

計算機軟體按照面向對象的不同可分兩類:

系統軟體:用于管理整個計算機系統,合理配置設定系統資源,確定計算機正常高效地運作,這類軟體面向系統.(包括:标準程式庫,語言處理程式,OS,服務程式,資料庫管理系統,網絡軟體)

應用軟體:是面向使用者根據使用者的特殊要求編制的應用程式,這類軟體通常實作使用者的某類要求. 3. 計算機的工作過程

(1)計算機的工作過程就是執行指令的過程 指令由操作碼和操作數組成:

操作碼指明本指令完成的操作

操作碼 位址碼 位址碼指明本指令的操作對象

(2)指令的存儲 指令按照存儲器的位址順序連續的存放在存儲器中.

(3)指令的讀取 為了紀錄程式的執行過程,需要一個記錄讀取指令位址的寄存器,稱為指令位址寄存器,或者程式計數器.指令的讀取就可以根據程式計數器所指出的指令位址來決定讀取的指令,由于指令通常按照位址增加的順序存放,故此,每次讀取一條指令之後,程式計數器加一就為讀取下一條指令做好準備. (4)執行指令的過程 在控制器的控制下,完成以下三個階段任務: 1)取指令階段 按照程式計數器取出指令,程式計數器加一 2)指令譯碼階段 分析操作碼,決定操作内容,并準備操作數 3)指令執行階段 執行操作碼所指定内容 (三) 計算機性能名額 1. 吞吐量,響應時間

(1) 吞吐量:機關時間内的資料輸出數量.

(2) 響應時間:從事件開始到事件結束的時間,也稱執行時間. 2. CPU時鐘周期,主頻,CPI,CPU執行時間 (1) CPU時鐘周期:機器主頻的倒數,TC

(2)主頻:CPU工作主時鐘的頻率,機器主頻Rc (3)CPI:執行一條指令所需要的平均時鐘周期 (4)CPU執行時間: TCPU=In×CPI×TC

In執行程式中指令的總數

CPI執行每條指令所需的平均時鐘周期數 TC時鐘周期時間的長度 3. MIPS,MFLOPS

(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)

Te:執行該程式的總時間=指令條數/(MIPS×)