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话不多说，如果你要考研，很荣幸，你看到了我的这篇博客，如果你正要开始学习计算机组成原理，那么可以上我的船了（别想歪者船可是开往985高校的），来上船，，走起学习
第一章 计算机系统概述
目录
1.1计算机硬件的发展
1.2计算机系统层次结构
1.3计算机性能指标
1.4例题精选
1.1计算机硬件的发展
| 名称 | 特点 | 主要元件 | |
|---|---|---|---|
| 第一代 | 电子管计算机 | 以电子管为基本器件，延迟线为存储器 | 电子管 |
| 第二代 | 晶体管计算机 | 晶体管为基本器件，存储器为磁芯存储器，运算熟读提高存储容量增大 | 晶体管 |
| 第三代 | 小中规模集成电路（SSI、MSI）计算机 | 小中规模集成电路为基本器件。缺点：功耗体积价格下降。优点：速度、可靠性提高 | 中小规模集成电路 |
| 第四代 | 大、超大规模集成电路（LSI、VLSI）计算 | 产生微处理器 | 大规模集成电路 |
注：CPU的单片集成电路（微处理器），以微处理器为核心的电子计算机就是微型计算机
微型计算机的发展以微处理器技术为标志
1.2计算机系统层次结构
1.2存储程序
冯诺依曼提出来了“存储程序控制”的计算机结构，他提出了存储程序概念概括为以下几点：
1.计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大组成
２.计算机内部采用二进制来表示指令和数据
３.将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，这就是存储程序的基本含义
1.2计算机的硬件组成
1.2.1计算机主要部件
| 输入设备 | 键盘、鼠标、扫描仪等 |
|---|---|
| 输出设备 | 打印机、显示器、绘图仪等 |
| 存储器 | 存放程序和数据 |
| 运算器 | 信息处理和运算 |
| 控制器 | 按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机各部件有条不紊的自动工作 |
现代计算机通常把运算器和控制器集成在一个芯片上，合称为中央处理器
地址寄存器（MAR）存放访存地址
数据寄存器（MDR）用于暂存要从存储器中读写的信息
MAR用于寻址，其位数对应着存储单元的个数例如
MAR为1，则有位2的10次方=1024个存储单元，记为1K
MAR的长度与PC的长度相等
1.2.2计算机各大部件之间连接
1.总线结构（小、微型机的典型结构）
总线：一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，能分时的发送和接收各部件信息
最简单的总线结构是单总线结构，各大部件都连接在单一的一组总线上所以这个总线叫系统总线
系统总线按照传送信息的不同划分为：
地址总线：由单方向的多根信号线组成
数据总线：由双方向的多跟信号线组成
控制总线
2.大众型计算机的典型结构
在系统连接上分为四级：主机、通道、设备控制器、外部设备
1.3 计算机性能指标
1.机器字长：字长标志着精度，字长越长计算的精度越高
2.数据通路宽度：数据总线一次并行所能传送信息的位数
3.主存容量：一个贮存期所能存储的全部信息量 K、M、G、T、P
4.运算速度：
（１）吞吐量和响应时间
（２）主频和CPU时钟周期
CPU时钟周期=1/主频，主频通常以Hz为单位1Hz代表1秒
（３） CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数
（４）CPU执行时间：=CPU时钟周期数/主频=（指令条数×CPI）/主频
CPU性能（执行时间）取决于：主频、每条指令执行所用的时钟周期数（CPI）、
指令条数
（５）MIPS、 MFLOPS、 GFLOPS 、TFLOPS
| MIPS | 每秒执行百万条指令 | MIPS=指令条数/(执行时间＊10的6次方)=主频/CPI |
|---|---|---|
| MFLOPS | 每秒执行多少百万次浮点运算 | MFLOPS=浮点操作次数/(执行时间＊10的6次方) |
| GFLOPS | 每秒执行多少十亿次浮点运算 | GFLOPS=浮点操作次数/(执行时间＊10的9次方) |
| TFLOPS | 每秒执行多少万亿次浮点运算 | TFLOPS=浮点操作次数/(执行时间＊10的12次方) |
本章知识框架
例题精选
例题一
计算机的主频为1.2GHz，其指令分为4类，他们在基准程序中所占比例及CPI如下
| 指令类型 | 所占比例 | CPI |
|---|---|---|
| A | 50% | 2 |
| B | 20% | 3 |
| C | 10% | 4 |
| D | 20% | 5 |
该机MIPS数是（400）
解析：基准程序的CPI=2×０.５＋３×０.２＋４×０.１＋５×０.２＝3.计算机主频为1.2GHz，即1200MHz，因此该机器的MIPS=1200/3=400
例题二
2.用一台40MHz的处理器执行标准测试程序， 它所包含的混合指令数和响应所需的时钟周期见下表.求有效的CPI、MIPS速率和程序的执行时间(Ⅰ为程序的指令条数) .
| 指令类型 | CPI | 指令混合比 |
|---|---|---|
| 转移 | 4 | 12% |
| 算术和逻辑 | 1 | 60% |
| 高速缓存命中的访存 | 2 | 18% |
| 高速缓存失效的访存 | 8 | 10% |
解析
CPI即执行一条指令所需的时钟周期数。本标准测试程序共包含4种指令，则CPI就是这4种指令的数学期望，即
CPI=1x 60%+2×18%+4x 12%+8*10%=2. 24
MIPS即每秒执行的的百万条指令数。已知处理器时钟频率为40MHz， 即每秒包含40M个时钟周期，因此
MIPS=40/CPI=40/2.24=17. 9
程序的执行时间T=CPIx T_I CxI，其中T_IC是一个CPU时钟的时间长度，是CPU时钟频
率f的倒数，因此有
T=CPIx T_I C x I=CPI x (1/f) x I=5.6x 10的-8次方 x I秒
本题中的Ⅰ对于解题应无作用， 程序的执行时间应是指令的期望即CPI乘以时钟的时间长度，即T=CPIx TIC。
