技术标签: 冯诺依曼计算机结构 计算机系统性能指标 计算机系统概论 大学课程笔记 吉普森法 # 计算机系统及组成原理 计算机组成原理
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核心专业基础课,在课程体系中承上启下的作用。
课程主要内容:介绍运算器、控制器、存储器的结构、工作原理、设计方法及互连构成整机的有关技术。(设计方法是课程关键)
构造观 —— 掌握设计方法(基本编码/解码器、运算器、控制器、存储器,简单计算机系统)
系统观 —— 各部分之间的相互影响,牵一发而动全身
工程观 —— 系统实现视角(成本、节能、可靠)
《深入理解计算机系统》—— 大学毕业前一定要认真读一遍
1945年,冯·诺伊曼发表了《关于EDVAC的报告草案》,提出了 “离散变量自动电子计算机方案(EDVAC)”,即冯·诺伊曼结构。并因此结构被称为 “计算机之父”,该结构也沿用至今。
两个主要部分,分别是存储程序和程序控制。
存储程序
将程序存放在计算机存储器中,只有放入存储器中的程序才能被执行。
程序控制
按指令地址访问存储器并取出指令,经译码依次产生指令执行所需的控制信号,实现对计算的控制,完成指令的功能。
硬件结构主要分为三个部分:
五大器件的功能:
从中也可以看出部分设备既可能是输入设备,也可能是输出设备。
对于软件的理解:
软件系统的分类:
软件和硬件的关系:
在层次结构中,指令集架构层为软硬件的分界线,其上为软件,其下为硬件,其自身则为指令操作硬件的入口。
在层次结构中,有两个关键性概念,一个是透明性,一个是系统观。
透明性
系统观
五大硬件之间的关系
主存四级结构
主存储器 - 存储体 - 存储字 - 存储字长
主存工作过程
ALU:算术逻辑单元,支持算术运算与逻辑运算
ACC:累加器
MQ:乘商寄存器
X:操作数寄存器
CU:控制单元,核心部件,功能为根据指令要求发出控制信号
PC:程序计数器(指针),存放指令地址,自动 “+1”
IR:指令寄存器,存放欲执行的指令
ID:指令译码器,分析当前指令的功能
取数指令
功能:从内存中取得一个数据,并送入CPU累加器中
工作过程:(内存读指令 -> 译码分析 -> 取数)
存数指令
7: 在存储体中找到 MAR 对应的存储单元
8: 将 ACC 中的数据通过数据总线送到 MDR 中
9: 将 MDR 中的数据送到存储体的对应位置中
概念
CPU一次能处理数据的位数,通常为 CPU 寄存器的长度。
特点
字长越长,数的表示范围越大,精度越高,速度越快,价格越高。
字长可以看成是并行位计算。
存储容量分为主存与辅存,其中主存拔电丢失,但辅存不会。
主存容量计算
MAR —— 地址线位数,即寻址范围,存储单元个数
MDR —— 单个存储单元位数,即字长
速度衡量方法
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