计算机组成原理复习(2)

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1、2011考研计算机强化班计算机组成原理讲义计算机组成原理【考查目标】1.理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。3.能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。一、计算机系统概述（一）计算机发展历程第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer

2、）诞生于1946年的美国宾夕法尼亚大学。ENIAC用了18000电子管、1500继电器、重30吨、占地170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。冯•诺依曼（VanNeumann）首次提出存储程序的概念，将数据和程序一起放在存储器中，使得编程更加方便。50多年来，虽然对冯•诺依曼机进行了很多改革，但结构变化不大，仍然称为冯•诺依曼机。一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代（1946-50‘s后期）：电子管计算机时代；第二代（50‘s中期-60’s后期）：晶体管计算机时代；第三代（60‘s中期-70’s前期）：集成电路计算机时代；第四代（70‘

3、s初-）：大规模集成电路计算机时代。（二）计算机系统层次结构1.计算机硬件的基本组成计算机硬件主要指计算机的实体部分，通常有运算器、控制器、存储器、输入和输出五部分。CPU是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中。2.计算机软件的分类计算机软件按照面向对象的不同可分两类：系统软件：用于管理整个计算机系统，合理分配系统资源，确保计算机正常高效地运行，这类软件面向系统。应用软件：是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序，这类软件通常实现用户的某类要求。3.计算机的工作过程（1）计算机的工作过程就是执行指令的过程指令由操作码和操作数组成：操作码地址码操作

4、码指明本指令完成的操作地址码指明本指令的操作对象（2）指令的存储指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中。（3）指令的读取为了纪录程序的执行过程，需要一个记录读取指令地址的寄存器，称为指令地址寄存器，或者程序计数器。指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的-39-文都教育在线：www.wendu.com2011考研计算机强化班计算机组成原理讲义指令，由于指令通常按照地址增加的顺序存放，故此，每次读取一条指令之后，程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备。（4）执行指令的过程在控制器的控制下，完成以下三个阶段任务:1）取指令阶段按

5、照程序计数器取出指令，程序计数器加一2）指令译码阶段分析操作码，决定操作内容，并准备操作数3）指令执行阶段执行操作码所指定内容（三）计算机性能指标1.吞吐量、响应时间（1)吞吐量：单位时间内的数据输出数量。（2)响应时间：从事件开始到事件结束的时间，也称执行时间。2.CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间（1）CPU时钟周期：机器主频的倒数，Tc（2）主频：CPU工作主时钟的频率，机器主频Rc（3）CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期（4）CPU执行时间：TCPU=In×CPI×TCIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周

6、期数TC时钟周期时间的长度3.MIPS、MFLOPS（1）MIPS：MIPS(MillionInstructionsPerSecond)MIPS=In/(Te×106)=In/(In×CPI×Tc×106)=Rc/(CPI×106)Te：执行该程序的总时间In：执行该程序的总指令数Rc：时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机，不适合评价向量机。标量机执行一条指令，得到一个运行结果。而向量机执行一条指令，可以得到多个运算结果。（2）MFLOPS：MFLOPS(MillionFloatingPointOperationsPerSecond)MFLOP

7、S=Ifn/(Te×106)Ifn：程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能。一般而言，同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数，但所执行的浮点数个数常常是相同的。-39-文都教育在线：www.wendu.com2011考研计算机强化班计算机组成原理讲义二、数据的表示和运算（一）数制与编码1.进位计数制及其相互转换1）进位计数制进位计数制是指按照进位制的方法表示数，不同的数制均涉及两个基本概念：基数和权。基数：进位计数制中所拥有数字的个数。权：每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数，这个常数就是权。任意

8、一个R进制数X，设整数部分为n位，小数部分为m位，则X可表示为：X＝an-1rn-1+an-2rn-2+┅+