计算机组成原理＜一＞——计算机系统概述

发布时间：2023-10-08 12:00

未来属于那些相信梦想，并愿意为之付诸行动的人 $\"\"$ 。

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计算机发展历程

国外计算机发展概况

摩尔定律

章节回顾

计算机系统的组成

计算机硬件系统

章节回顾

各部分的功能分析

计算机的工作过程

章节回顾

计算机系统的层次结构

三种级别语言

章节回顾

计算机性能指标和评价

存储器的性能指标

CPU的性能指标

系统整体的性能指标

章节回顾

前言

从今天开始和大家一起学习计算机组成原理,内容会陆续更新，希望能给大家带来一些帮助！

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计算机发展历程

国外计算机发展概况

先简单了解一下计算机的软硬件知识:

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发展阶段	时间	逻辑元件	速度(次/秒)	内存	外存
第一代	1946-1957	电子管	几千-几万	泵延迟线，磁鼓	穿孔卡片,纸带
第二代	1958-1964	晶体管	几万-几十万	磁芯存储器	磁带
第三代	1964-1971	中小规模集成电路	几十万-几百万	半导体存储器	磁带,磁盘
第四代	1972-现在	大规模,超大规模集成电路	上千万-万亿	半导体存储器	磁盘,磁带,光盘,半导体存储器

补充:

第一代:电子管时代,体积超大,耗电量超大

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第二代:晶体管时代,体积,功耗降低，出现面向过程的程序设计语言:FORTRAN,有了操作系统雏形

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第三代:中小规模集成电路时代

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第四代:大规模,超大规模集成电路时代

开始出现\"微处理器\",微型计算机个人计算机(PC）M萌芽

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摩尔定律

硬件的发展

1947年,贝尔实验室,发明了\"晶体管\"

1955年,肖克利在硅谷创建肖克利实验室股份有限公司

1957年,八叛徒创立仙童半导体公司

1959年,仙童半导体公司发明了\"集成电路\"
1968年,摩尔等人离开仙童,创立Intel

1969年,仙童销售部负责人桑德斯离开仙童,创立AMD

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摩尔定律

1965年,Intern创始人之一的摩尔在Cramming More Components onto Integrated Circuits一文中对集成电路上可容纳的晶体管数目，性能和价格等发展趋势进行了预测,,其只要内容可概括为\"当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数量大约18-24个月翻一番,性能也将提升一倍\"这就是著名的摩尔定律.

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章节回顾

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计算机系统的组成

计算机硬件系统

冯·诺依曼简介

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冯·诺依曼工作原理

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早期冯·诺依曼机

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特点:

计算机由五大部件组成

指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访

指令和数据用二进制表示

指令由操作码和地址码组成

存储程序

以运算器为中心

类似于我们生活中的工厂

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现代计算机的结构

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章节回顾

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各部分的功能分析

存储器

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为了让大家更好的理解存储器的基本组成，列举了右边拿快递这个例子;

货架:用来存放货物的;

存储体:是用来存放数据的;

店员:取件人告诉店员的取件号,店员就知道了货物的位置;

MAR:会把要取到的数的地址，存放到这;

柜台:包裹会被放在柜台上，最终会在柜台上取走包裹;

MDR:主存储器会根据MAR提供的地址,找到数据放在MDR这个寄存器中;

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运算器

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控制器

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计算机的工作过程

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章节回顾

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计算机系统的层次结构

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三种级别语言

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计算机性能指标和评价

存储器的性能指标

总容量=存储单元个数*存储字长bit=存储单元个数*存储字长/8 Byte 1Byte=8bit

Eg:MAR为32位,MDR为8位;总容量=2^32*8bit=4GB

注:为什么32位的数最多能表示2^32次方的地址囊?

n个二进制位能表示出多少种不同的状态？

1个二进制位:0,1 2^1

2个二进制位:00,01,10,11 2^2

3个二进制位:000,001,010,011,100,101,110,111 2^3

........

n个二进制 2^n

2^10: K 2^20:M 2^30:G 2^40:T

CPU的性能指标

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Eg:某CPU主频位1000Hz,某程序包含100条指令，平均给来看指令的CPI=3.该程序在该CPU上执行需要多久？

答:100*3*1/1000=0.3S

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系统整体的性能指标

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问:主频高的CPU一定比主频低的CPU快嘛?

答:不一定，如两个CPU，A的主频为2GHz,平均CPI=10；B的主频1GHz,平均CPI=1..

A一秒钟可以执行2/10=0.2G; B一秒钟可以执行 1G；这里的G=10^9,而不是10^30;

问:若A,B两个CPU的平均CPI相同，那么A一定更快嘛?

答:不一定,还要看指令系统,如A不支持乘法指令，只能多次加法实现乘法;而B支持乘法指令.

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