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1 计算机系统概论(冯诺依曼体系结构、软硬件基本组成、性能指标)

热度:99   发布时间:2023-12-02 07:59:05.0



1.1 计算机的解题过程

需要具备的条件: 

        1.对每个求解的问题,用户应有具体的解决办法(源程序)

        2.软件的支持,源程序顺利转换成目标程序

        3.完善的计算机硬件结构,能控制程序的执行和结果的生成 

1.2 计算机软件分类

1.3 冯 ? 诺依曼体系结构

 

 典型以运算器为中心的冯氏计算机结构:

1.4 计算机的基本硬件组成

1.4.1 运算器

功能:处理和运算数据,运算包括算术运算逻辑运算,因此运算器通常被称为ALU(Arithmetic Logic Unit )算术逻辑单元。

 运算对象:二进制数据。

1.4.2 存储器

功能:存放数据和解题步骤(程序)。 

存储格式:地址和数据均用二进制表示。

1.4.3 控制器

功能:实现计算自动化,控制整个系统有序运行。

过程:从存储器中取出指令,分析指令并执行指令。

什么是指令?

指令 就是要计算机执行某种操作的命令。

1.4.4 输入输出设备

功能:输入数据和程序;输出计算机处理后的数据。

 硬盘既是输入设备,又是输出设备。

1.4.5 总线

总线是连接计算机内部各器件的纽带

1.4.6 现代计算机的组成框图

现代计算机中,控制器和运算器统称为CPU,输入和输出设备统称为I/O设备,结构如下:

进一步细化内部结构:

MDR:memory data register  

MAR: Memory  Address  Register

ACC:Accumulator                    

MQ:Multiplier-Quotient Register

        运算时,一个操作数存放在累加器中,另外一个数存放在内存单元M中。

1.5 计算机的层次结构

多层层次结构:

 计算机组成原理的基本内容:

1.6 计算机性能指标

        衡量一套计算机性能的优劣需要由多项技术指标综合确定。

        其中较为重要的指标有机器字长、存储容量、运算速度

1.吞吐量(throughput )          

        一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量

2.响应时间(response time )              

        从输入有效到系统产生响应之间的时间度量,用时间单位来度量。

3.主频(primary frequency )          

        产生CPU工作节拍的主时钟的频率成为主频,用f表示,单位一般为MHz,GHz。

4.时钟周期(Clock Cycle )        

        主频的倒数称为时钟周期T=1/f。单位us,ns

5.CPU执行时间        

        表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间。            

        CPU执行时间=时钟周期数×CPU时钟周期

6.CPI(Clock cycle Per Instruction )        

        表示执行一条指令所需要的平均时钟周期数。          

        CPI=执行某段程序所需的时钟周期数÷程序中指令条数

7.MIPS(Million Instructions Per Second )        

        表示计算机每秒执行指令条数(百万条)          

        MIPS=指令数÷ (程序执行时间× 106)

8.MFLOPS(Million Floationg-point Operations per Second )            

        每秒百万次浮点操作次数,用来衡量机器浮点操作的性能。      

        MFLOPS=程序中浮点操作次数÷ (程序执行时间× 10?)

9.机器字长

10.存储容量

11.总线带宽:总线上每秒传送的数据量

例题: