【王道笔记-计算机组成原理】第一章 计算机系统概述_王道计组里有mips指令系统吗_TracyCoder123的博客-程序员秘密

技术标签： 计算机基础  计算机组成原理  

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一、计算机系统层次结构

1.冯诺依曼计算机

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  思想基础：冯·诺依曼提出了"存储程序"的概念，将编写的程序存放在计算机主存中，然后按其在主存中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束。

  特点∶

  • ①硬件系统由五大部件组成：运算器(中心)、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
  • ②指令和数据以二进制形式存放在存储器中，并可按地址寻访。
  • ③指令在存储器内按顺序存放。
  • ④指令由操作码和地址码组成。
  • ⑤运算器为中心，控制流驱动。

2.三个级别的语言

  ①机器语言。由二进制编码组成，机器语言是计算机唯一可以直接识别和执行的语言。
  ②汇编语言。用英文单词或其缩写代替二进制的指令代码，更容易为人们记忆和理解。汇编语言程序必须经过汇编操作，将其转换为机器语言后，才能在计算机硬件上执行。
  ③高级语言。高级语言（如C、C+、Java 等）需要经过编译程序编译成汇编语言程序，然后经过汇编操作得到机器语言程序，或者直接由高级语言程序翻译成机器语言程序。

3.计算机组成

在这里插入图片描述

  • 关于硬件、软件的一点说明

  硬件和软件在逻辑上是等效的，但需注意，不是等价的。
  硬件更具有效率，而软件灵活性更高。

二、计算机的性能指标

1.主要性能指标（一）

  • 机器字长：一次能处理的二进制位数，字节整数倍，一般是内部寄存器的大小。
  • 数据通路带宽：外部数据总线一次所能并行传送信息的位数，是外部数据总线的位数。
  • 主存容量：主存储器的容量，一般用“字数*字长”表示，或者用字节衡量。

2.主要性能指标（二）

  “运算速度”指标的含义是每秒能执行多少条指令而不是别的(比如操作系统的命令)。

  • 吞吐量(综合参数)：单位时间内能处理请求的数量，主要取决于主存的存取周期。
  • 响应时间：从发出请求到获得结果的时间，包括运行时间、等待时间。
  • CPU时钟周期：CPU中最小的时间单位。指令周期>CPU周期(机器周期)>时钟周期。
  • CPU时钟频率/主频：每秒发生的时钟周期数，是CPU时钟周期的倒数。是衡量机器速度的重要参数。
  • CPI(Clock cycle Per Instruction)：执行一条指令所需的时钟周期数。系统结构、指令集、计算机组织都会影响CPI，时钟频率不产生影响，只会影响指令的执行速度。
  • CPU执行时间(运行一个程序的时间)=CPU时钟周期数/主频=指令条数*CPI/主频

  主频、CPI、指令条数是影响CPU执行时间的三个因素，它们互相制约。
  因此，减少CPU执行时间的措施有：①提高CPU时钟频率(主频)；②优化数据通路，减少CPI值；③对程序进行编译优化，减少指令条数。

  • MIPS(Million Instructions Per Second)：每秒执行多少百万条指令=主频/CPI
  • MFLOPS：每秒执行多少百万次浮点运算
  • GFLOPS：每秒执行多少十亿次浮点运算
  • TFLOPS：每秒执行多少万亿次浮点运算
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