计算机组成课笔记

2020-2-28更新

冯诺依曼体系结构

现在的计算机通常遵循冯诺依曼体系结构，其核心为存储程序控制。

根据冯诺依曼体系结构，计算机分为运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

又分为3个硬件子系统：处理器(运算器和控制器)、存储系统(存储器及寄存器组)、输入输出系统。

冯诺依曼计算机的特点

1、计算机由五大部件组成

2、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访

3、数据和指令用二进制表示

4、指令由操作码和操作数组成

5、存储程序

6、以运算器为中心

组成划分

计算机从大的方面分为硬件和软件。

硬件包括主机和外设：

主机中把运算器和控制器集成到一个芯片中叫cpu，另外一个存储器单独存在，组成主机的核心部件。

外设就是输入设备输出设备等。

软件包括系统软件和应用软件：

系统软件包括操作系统等在内的各类软件，其中操作系统同时面向底层硬件和上层应用软件。

应用软件就是我们经常使用的软件，比如office、qq等。

计算机体系结构和计算机组成区别

计算机组成：实现计算机体系结构所体现的属性，偏重于具体指令的实现。

体系结构：程序员所见到的计算机系统的属性，概念性的结构与功能特性。

体系结构相比于组成是站在更高的角度来看待计算机。

举例：体系结构看有无乘法指令，而组成的角度来看如何实现乘法指令。

计算机硬件的主要技术指标

1、机器字长：cpu一次能处理数据的位数，与cpu中寄存器位数有关。大多为32位和64位。

2、运算速度：可以表示运算速度的几个术语：主频、核数及每个核支持的线程数、CPI、MIPS、FLOPS等。

3、存储容量：存放二进制信息的总位数。以字节B为基本计算单位。

补充

位于cpu的两个寄存器

MAR：存储器地址寄存器，反应存储单元的个数

MDR：存储器数据寄存器，反应存储字长

cpu区分指令和数据主要的依据是指令周期的不同阶段

通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段，在取指阶段访问存储器将指令取出，在执行阶段通过访问存储器可将操作数取出。

注意存储器中存储的数据可以分为指令和数据，指令又由操作码和操作数构成。

总线的分类

1、片内总线：芯片内部的总线

2、系统总线：计算机各部件之间的信息传输线

数据总线：双向

地址总线：单向

控制总线：每一条单向，但有进有出

3、通讯总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信

根据传输方式分为：串行通讯总线、并行通讯总线

总线特性及性能指标

总线特性：分为机械特性、电器特性、功能特性、时间特性(信号的时序关系)

总线一些性能指标：

1、总线宽度：数据线的条数

2、标准传输率(带宽)：每秒传输的最大字节(MBps)

3、时钟同步/异步

4、总线复用：地址线与数据线复用

5、信号线数：地址线、数据线和控制线的总和

6、总线的控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、技术

7、其他指标：负载能力

总线的一些标准

ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232、USB

总线控制

1、总线判优(仲裁)控制

主设备(模块)对总线有控制权

从设备(模块)响应从主设备发来的总线命令

总线判优控制：集中式、分布式

集中式：链式查询、计数器定时查询、独立请求方式

分布式：各个模块把请求优先级作比较，最高的留下，其他的等待。

2、总线通信控制

目的：解决通信双方协调配合问题

总线传输周期：从发出请求到完全结束信息传递总的时间长度

申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定

寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令

传输阶段：主模块和从模块交换数据

结束阶段：主模块撤销有关信息

总线通信的四种方式