嘿嘿
話不多說，如果你要考研，很榮幸，你看到了我的這篇博客，如果你正要開始學習計算機組成原理，那麼可以上我的船了（別想歪者船可是開往985高校的），來上船，，走起學習
第一章 計算機系統概述
目錄
1.1計算機硬件的發展
1.2計算機系統層次結構
1.3計算機性能指標
1.4例題精選
1.1計算機硬件的發展
| 名稱 | 特點 | 主要元件 | |
|---|---|---|---|
| 第一代 | 電子管計算機 | 以電子管爲基本器件，延遲線爲存儲器 | 電子管 |
| 第二代 | 晶體管計算機 | 晶體管爲基本器件，存儲器爲磁芯存儲器，運算熟讀提高存儲容量增大 | 晶體管 |
| 第三代 | 小中規模集成電路（SSI、MSI）計算機 | 小中規模集成電路爲基本器件。缺點：功耗體積價格下降。優點：速度、可靠性提高 | 中小規模集成電路 |
| 第四代 | 大、超大規模集成電路（LSI、VLSI）計算 | 產生微處理器 | 大規模集成電路 |
注：CPU的單片集成電路（微處理器），以微處理器爲核心的電子計算機就是微型計算機
微型計算機的發展以微處理器技術爲標誌
1.2計算機系統層次結構
1.2存儲程序
馮諾依曼提出來了“存儲程序控制”的計算機結構，他提出了存儲程序概念概括爲以下幾點：
1.計算機硬件由運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備5大組成
２.計算機內部採用二進制來表示指令和數據
３.將編好的程序和原始數據事先存入存儲器中，然後再啓動計算機工作，這就是存儲程序的基本含義
1.2計算機的硬件組成
1.2.1計算機主要部件
| 輸入設備 | 鍵盤、鼠標、掃描儀等 |
|---|---|
| 輸出設備 | 打印機、顯示器、繪圖儀等 |
| 存儲器 | 存放程序和數據 |
| 運算器 | 信息處理和運算 |
| 控制器 | 按照人們預先確定的操作步驟，控制整個計算機各部件有條不紊的自動工作 |
現代計算機通常把運算器和控制器集成在一個芯片上，合稱爲中央處理器
地址寄存器（MAR）存放訪存地址
數據寄存器（MDR）用於暫存要從存儲器中讀寫的信息
MAR用於尋址，其位數對應着存儲單元的個數例如
MAR爲1，則有位2的10次方=1024個存儲單元，記爲1K
MAR的長度與PC的長度相等
1.2.2計算機各大部件之間連接
1.總線結構（小、微型機的典型結構）
總線：一組能爲多個部件服務的公共信息傳送線路，能分時的發送和接收各部件信息
最簡單的總線結構是單總線結構，各大部件都連接在單一的一組總線上所以這個總線叫系統總線
系統總線按照傳送信息的不同劃分爲：
地址總線：由單方向的多根信號線組成
數據總線：由雙方向的多跟信號線組成
控制總線
2.大衆型計算機的典型結構
在系統連接上分爲四級：主機、通道、設備控制器、外部設備
1.3 計算機性能指標
1.機器字長：字長標誌着精度，字長越長計算的精度越高
2.數據通路寬度：數據總線一次並行所能傳送信息的位數
3.主存容量：一個貯存期所能存儲的全部信息量 K、M、G、T、P
4.運算速度：
（１）吞吐量和響應時間
（２）主頻和CPU時鐘週期
CPU時鐘週期=1/主頻，主頻通常以Hz爲單位1Hz代表1秒
（３） CPI：執行一條指令所需要的時鐘週期數
（４）CPU執行時間：=CPU時鐘週期數/主頻=（指令條數×CPI）/主頻
CPU性能（執行時間）取決於：主頻、每條指令執行所用的時鐘週期數（CPI）、
指令條數
（５）MIPS、 MFLOPS、 GFLOPS 、TFLOPS
| MIPS | 每秒執行百萬條指令 | MIPS=指令條數/(執行時間＊10的6次方)=主頻/CPI |
|---|---|---|
| MFLOPS | 每秒執行多少百萬次浮點運算 | MFLOPS=浮點操作次數/(執行時間＊10的6次方) |
| GFLOPS | 每秒執行多少十億次浮點運算 | GFLOPS=浮點操作次數/(執行時間＊10的9次方) |
| TFLOPS | 每秒執行多少萬億次浮點運算 | TFLOPS=浮點操作次數/(執行時間＊10的12次方) |
本章知識框架
例題精選
例題一
計算機的主頻爲1.2GHz，其指令分爲4類，他們在基準程序中所佔比例及CPI如下
| 指令類型 | 所佔比例 | CPI |
|---|---|---|
| A | 50% | 2 |
| B | 20% | 3 |
| C | 10% | 4 |
| D | 20% | 5 |
該機MIPS數是（400）
解析：基準程序的CPI=2×０.５＋３×０.２＋４×０.１＋５×０.２＝3.計算機主頻爲1.2GHz，即1200MHz，因此該機器的MIPS=1200/3=400
例題二
2.用一臺40MHz的處理器執行標準測試程序， 它所包含的混合指令數和響應所需的時鐘週期見下表.求有效的CPI、MIPS速率和程序的執行時間(Ⅰ爲程序的指令條數) .
| 指令類型 | CPI | 指令混合比 |
|---|---|---|
| 轉移 | 4 | 12% |
| 算術和邏輯 | 1 | 60% |
| 高速緩存命中的訪存 | 2 | 18% |
| 高速緩存失效的訪存 | 8 | 10% |
解析
CPI即執行一條指令所需的時鐘週期數。本標準測試程序共包含4種指令，則CPI就是這4種指令的數學期望，即
CPI=1x 60%+2×18%+4x 12%+8*10%=2. 24
MIPS即每秒執行的的百萬條指令數。已知處理器時鐘頻率爲40MHz， 即每秒包含40M個時鐘週期，因此
MIPS=40/CPI=40/2.24=17. 9
程序的執行時間T=CPIx T_I CxI，其中T_IC是一個CPU時鐘的時間長度，是CPU時鐘頻
率f的倒數，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
本題中的Ⅰ對於解題應無作用， 程序的執行時間應是指令的期望即CPI乘以時鐘的時間長度，即T=CPIx TIC。
