計算機組成原理與思維導圖（一）
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第一章 計算機系統概論
一、計算機系統概論
1、計算機的組成
組成：通常是由 硬件系統 和軟件系統組成。計算機組成指的是 計算機 系統結構 的邏輯實現，
(一) 硬件系統和軟件系統
硬件系統：指計算機的實體部分，由控制器、 運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備 組成。
軟件系統：又分 系統軟件 和 應用軟件，常用的系統軟件爲操作系統、語言處理程序等。軟件系統則有文件處理系統等軟件。
(二) 系統結構的分類
馮諾依曼系統結構：以 運算器 爲中心，包括存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備。
現代計算機系統結構：以 存儲器 爲中心，引出組成由 CPU、主板、硬盤、內存、外存、機箱、電源、輸入設備和輸出設備。
CPU：由運算器、控制器組成（現代的CPU還有存儲器在上面）
內存：又稱內存儲器和主存儲器，一般作用在CPU上
外存：一般指的是硬盤、U盤、光盤、軟盤
(三) 系統的層次結構
應用程序-高級語言-彙編語言-操作系統-指令集架構層-微代碼層-硬件邏輯層
(四) 思維導圖
2、計算機系統工作過程
工作步驟：（1）建立數學模型 （2）確定計算方法（3）編制解題程序
如：ax^2+bx+c在計算機中的運行過程
各種英文代號解釋
CPU:（Central Processing Unit)中央處理器
I/O設備：（Input/Output Equip-ment）輸入，輸出設備
MM: （Main Memory)主存儲器
ALU: （Arithmetic Logic Unit）算數邏輯單元
ACC：（Accumulator）累加器
MQ：（Multiplier-Quotient Register）乘商寄存器
X：操作數寄存器
PC：（Program Counter）程序計數器
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，反映單元個數
MDR：（Memory Data Register）存儲器數據寄存器，反映字長
總結：由控制器執行操作，從存儲器中獲取指令地址，通過指令地址從存儲器中獲取到數據，最後通過運算器進行運算。
3、總線
總線 是信號的 公共傳輸線，是連接計算機系統內各個部件的
信息傳輸線 ，是各部件 的傳輸介質。
(一) 發展過程及結構
面向CPU的雙總線：這種結構在I/O設備與主存交換信息是仍然要佔用CPU，因此還會影響CPU的工作效率。
單總線結構（系統總線）：只有一組總線，當都要佔用總線時，就會發生衝突。
以存儲器爲中心的雙總線結構：由單總線基礎上，在CPU與主存之間連接一條存儲總線。
(二) 分類
片內總線：芯片內部的線。
系統總線：計算機各部件之間的信息傳輸線。
（1）數據總線（雙向）：傳輸數據信息
（2）地址總線（單向）：指出在數據總線上數據在主存單元或 I/O設備 的地址
（3）控制總線（單向，雙向）：發出各種控制信號，監視 各部件狀態。
通信總線：用於計算機系統之間或計算機系統與其他系統（外部系統） 傳輸方式：串行通信，並行通信
(三) 思維導圖
4、計算機的主要性能指標
計算機主要的性能指標描述了一臺計算機的性能，性能指標分爲 非時間指標 和 時間指標。
(一) 非時間指標
① 字長
【字長】是指計算機參與運算的數的基本位數，它的 位數 是由 加法器 和 寄存器 所決定的 。字長越長，計算的精度就越高。常見的有32位或64位。
② 數據通路寬度
【數據通路寬度】數據通路寬度 ，又稱 外部數據總線寬度 ，即 數據總線 一次能 並行處理 的最大信息位數。一般指 運算器與 存儲器 之間的數據總線的位數。
③ 主存容量
【主存容量】一個 存儲器 所能 存儲全部數據的 信息量大小。
④ 存儲帶寬
【存儲帶寬】單位時間內與 主存 交換的二進制 位數 B/s
(二) 時間指標
① 吞吐量
【吞吐量】吞吐量 是指系統 在單位時間內請求處理的數量。
【影響吞吐量的因素】：CPU消耗、IO接口消耗、 外部接口消耗。對應消耗越高，吞吐量越低。反之
② 響應時間
【響應時間】響應時間是指系統 對請求作出響應的時間。
【響應時間包括】響應時間包括 CPU的響應時間 （運行一個程序所花費的時間）與 等待時間（磁盤訪問、存儲器訪問、I/O操作） 的總和。
③ CPU主頻和CPU時鐘週期
【CPU主頻和CPU時鐘週期】CPU的主頻又稱時鐘頻率，表示在CPU內數字脈衝信號振盪的速度。而 主頻 的 倒數 就是CPU的時鐘週期。這是CPU最小的時間元素，每個動作至少需要一個時鐘週期。
④ CPI和IPC
【CPI】執行一條指令所用的 時鐘週期數
【IPC】每個時鐘週期執行的 指令數 。
（在現代常用IPC來表示CPI參數）
⑤ CPU執行時間
【CPU執行時間】主頻與外頻的倍數 =主頻/外頻
⑥ MIPS和MFLOPS
【MIPS】Million instructions per second，每秒執行多少條
指令/百萬。
【MFLOPS】Million Floating-point Operations per Second，每秒百萬個浮點操作。
