計算機(jī)組成原理與思維導(dǎo)圖（一）
408考研精講筆記 基于唐朔飛 --《計算機(jī)組成原理》
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附：
【408考研筆記】計算機(jī)組成原理與思維導(dǎo)圖（二）第二章 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示
【408考研筆記】計算機(jī)組成原理與思維導(dǎo)圖（三）第三章 指令系統(tǒng)
第一章 計算機(jī)系統(tǒng)概論
一点楼、計算機(jī)系統(tǒng)概論
1、計算機(jī)的組成
組成：通常是由 硬件系統(tǒng) 和軟件系統(tǒng)組成悴品。計算機(jī)組成指的是 計算機(jī) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的邏輯實(shí)現(xiàn)禀综，
(一) 硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)
硬件系統(tǒng)：指計算機(jī)的實(shí)體部分简烘，由控制器、 運(yùn)算器定枷、存儲器孤澎、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備 組成欠窒。
軟件系統(tǒng)：又分 系統(tǒng)軟件 和 應(yīng)用軟件覆旭，常用的系統(tǒng)軟件為操作系統(tǒng)、語言處理程序等岖妄。軟件系統(tǒng)則有文件處理系統(tǒng)等軟件型将。
(二) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類
馮諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：以 運(yùn)算器 為中心，包括存儲器荐虐、控制器七兜、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備福扬。
現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：以 存儲器 為中心腕铸，引出組成由 CPU、主板铛碑、硬盤狠裹、內(nèi)存、外存亚茬、機(jī)箱、電源浓恳、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備刹缝。
CPU：由運(yùn)算器、控制器組成（現(xiàn)代的CPU還有存儲器在上面）
內(nèi)存：又稱內(nèi)存儲器和主存儲器颈将，一般作用在CPU上
外存：一般指的是硬盤梢夯、U盤、光盤晴圾、軟盤
(三) 系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
應(yīng)用程序-高級語言-匯編語言-操作系統(tǒng)-指令集架構(gòu)層-微代碼層-硬件邏輯層
(四) 思維導(dǎo)圖
2颂砸、計算機(jī)系統(tǒng)工作過程
工作步驟：（1）建立數(shù)學(xué)模型 （2）確定計算方法（3）編制解題程序
如：ax^2+bx+c在計算機(jī)中的運(yùn)行過程
各種英文代號解釋
CPU:（Central Processing Unit)中央處理器
I/O設(shè)備：（Input/Output Equip-ment）輸入，輸出設(shè)備
MM: （Main Memory)主存儲器
ALU: （Arithmetic Logic Unit）算數(shù)邏輯單元
ACC：（Accumulator）累加器
MQ：（Multiplier-Quotient Register）乘商寄存器
X：操作數(shù)寄存器
PC：（Program Counter）程序計數(shù)器
IR：（Instruction Register）指令寄存器
CU：（Control Unit）控制單元
MAR：（Memory Address Register）存儲器地址寄存器死姚，反映單元個數(shù)
MDR：（Memory Data Register）存儲器數(shù)據(jù)寄存器人乓，反映字長
總結(jié)：由控制器執(zhí)行操作，從存儲器中獲取指令地址都毒，通過指令地址從存儲器中獲取到數(shù)據(jù)色罚，最后通過運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算。
3账劲、總線
總線 是信號的 公共傳輸線戳护，是連接計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各個部件的
信息傳輸線 金抡，是各部件 的傳輸介質(zhì)。
(一) 發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)
面向CPU的雙總線：這種結(jié)構(gòu)在I/O設(shè)備與主存交換信息是仍然要占用CPU腌且，因此還會影響CPU的工作效率梗肝。
單總線結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)總線）：只有一組總線，當(dāng)都要占用總線時铺董，就會發(fā)生沖突巫击。
以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)：由單總線基礎(chǔ)上，在CPU與主存之間連接一條存儲總線柄粹。
(二) 分類
片內(nèi)總線：芯片內(nèi)部的線喘鸟。
系統(tǒng)總線：計算機(jī)各部件之間的信息傳輸線。
（1）數(shù)據(jù)總線（雙向）：傳輸數(shù)據(jù)信息
（2）地址總線（單向）：指出在數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)在主存單元或 I/O設(shè)備 的地址
（3）控制總線（單向驻右，雙向）：發(fā)出各種控制信號什黑，監(jiān)視 各部件狀態(tài)。
通信總線：用于計算機(jī)系統(tǒng)之間或計算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（外部系統(tǒng)） 傳輸方式：串行通信堪夭，并行通信
(三) 思維導(dǎo)圖
4愕把、計算機(jī)的主要性能指標(biāo)
計算機(jī)主要的性能指標(biāo)描述了一臺計算機(jī)的性能，性能指標(biāo)分為 非時間指標(biāo) 和 時間指標(biāo)森爽。
(一) 非時間指標(biāo)
① 字長
【字長】是指計算機(jī)參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)恨豁，它的 位數(shù) 是由 加法器 和 寄存器 所決定的 。字長越長爬迟，計算的精度就越高橘蜜。常見的有32位或64位。
② 數(shù)據(jù)通路寬度
【數(shù)據(jù)通路寬度】數(shù)據(jù)通路寬度 付呕，又稱 外部數(shù)據(jù)總線寬度 计福，即 數(shù)據(jù)總線 一次能 并行處理 的最大信息位數(shù)。一般指 運(yùn)算器與 存儲器 之間的數(shù)據(jù)總線的位數(shù)徽职。
③ 主存容量
【主存容量】一個 存儲器 所能 存儲全部數(shù)據(jù)的 信息量大小象颖。
④ 存儲帶寬
【存儲帶寬】單位時間內(nèi)與 主存 交換的二進(jìn)制 位數(shù) B/s
(二) 時間指標(biāo)
① 吞吐量
【吞吐量】吞吐量 是指系統(tǒng) 在單位時間內(nèi)請求處理的數(shù)量。
【影響吞吐量的因素】：CPU消耗姆钉、IO接口消耗说订、 外部接口消耗。對應(yīng)消耗越高潮瓶，吞吐量越低陶冷。反之
② 響應(yīng)時間
【響應(yīng)時間】響應(yīng)時間是指系統(tǒng) 對請求作出響應(yīng)的時間。
【響應(yīng)時間包括】響應(yīng)時間包括 CPU的響應(yīng)時間 （運(yùn)行一個程序所花費(fèi)的時間）與 等待時間（磁盤訪問毯辅、存儲器訪問埃叭、I/O操作） 的總和。
③ CPU主頻和CPU時鐘周期
【CPU主頻和CPU時鐘周期】CPU的主頻又稱時鐘頻率悉罕，表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號振蕩的速度赤屋。而 主頻 的 倒數(shù) 就是CPU的時鐘周期立镶。這是CPU最小的時間元素，每個動作至少需要一個時鐘周期类早。
④ CPI和IPC
【CPI】執(zhí)行一條指令所用的 時鐘周期數(shù)
【IPC】每個時鐘周期執(zhí)行的 指令數(shù) 媚媒。
（在現(xiàn)代常用IPC來表示CPI參數(shù)）
⑤ CPU執(zhí)行時間
【CPU執(zhí)行時間】主頻與外頻的倍數(shù) =主頻/外頻
⑥ MIPS和MFLOPS
【MIPS】Million instructions per second，每秒執(zhí)行多少條
指令/百萬涩僻。
【MFLOPS】Million Floating-point Operations per Second缭召，每秒百萬個浮點(diǎn)操作。
