标签：计算机系统 计算机 存储器 PC 地址 指令 存储单元 概论
计算机系统概论
计算机的软硬件概念
1. 计算机系统
2. 计算机系统的层次结构
- 系统复杂性管理的方法(物理)
抽象(隐藏系统中不重要的细节) - 系统的复杂性管理方法(程序员)
3. 计算机体系结构和计算机组成
| 计算机体系结构 | 程序员所见到的计算机系统的属性 概念性的结构与功能特性(指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理) |
| ---- | ---- | ---- |
| 计算机组成 | 实现计算机体系结构所体现的属性（具体指令实现） |
计算机组成实现计算机体系结构的方法
计算机的基本组成
冯·诺依曼计算机的特点
- 计算机由五大部件组成(运算器存储器控制器I/O设备)
- 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
- 指令和数据用二进制表示
- 指令由操作码和地址码组成
- 存储程序(具有这个特点的都称为冯诺依曼计算机)
- 以运算器为中心
冯·诺伊曼计算机硬件框图
运算器(核心)：算数运算、逻辑运算
存储器：存放数据和程序
控制器：指挥控制程序的运行
输入设备：将信息转换成机器能识别的形式，通过运算器保存到存储器
输出设备：将结果转换成人们熟悉的形式
缺点：运算器负担太大，不具有层次
计算机硬件框图(改进)
1.以存储器为中心的计算机硬件框图
2. 现代计算机硬件框图
系统复杂性管理的方法
- 层次化：将被设计的系统划分为多个模块或子模块，把大问题分成小问题解决
- 模块化：有明确定义的功能和接口，用来组装划分的小模块
- 规则性：模块更容易被重用
指令格式 :
| 操作码 | 地址码 |
|---|
指令和数据以同等的地位保存在存储器
计算机的解题过程
1. 存储器的基本组成
存储体由多个存储单元组成，存储单元由多个存储元件组成存储单元存放一串二进制代码存储字是存储单元中二进制代码的组合存储字长是存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址- 存储单元
按地址寻访 MAR存储器地址寄存器，反应存储单元的个数MDR存储器数据寄存器，反应存储字长
2. 运算器的基本组成及操作过程
ACC累加器
ALU算术逻辑单元
MQ乘商寄存器
X操作寄存器
| ACC | MQ | X | |
|---|---|---|---|
| 加法 | 被加数和 | 加数 | |
| 减法 | 被减数和 | 减数 | |
| 乘法 | (乘积高位) | 乘数(乘积低位) | 被乘数 |
| 除法 | 被除数 | 商 | 除数 |
3. 控制器的基本组成
- 取指令需要地址，地址保存在
PC寄存器当中 - PC存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能(下一个指令的地址)
(PC) + 1 → PC IR(指令寄存器)存放当前欲执行的指令操作码，包括在分析指令过程
-CU控制单元(核心)
4. 主机完成一条指令的过程
运算器、控制器、存储器构成了计算机的主机
例子
ax²+bx+c程序的运行过程
- 将程序通过输入设备送至计算机
- 程序首地址→PC
- 启动机器运行程序
- 取指令
PC→MAR→存储体→MDR→IR，(PC) + 1 → PC - 分析指令
IR(操作码部分，用OP表示)→CU(对操作码进行分析) - 执行指令(也是取数指令，要取的数的地址保存在IR里)
IR(地址码部分，用Ad表示)→MAR→存储体→MDR→ACC - 打印结果(也要经过取、分析、执行)
- 停机
计算机硬件的主要技术指标
-
机器字长 CPU一次能处理数据的位数，与CPU中的寄存器位数有关
-
运算速度
- 主频
- 核数 每个核支持的线程数
- 吉普森法
- CPI 执行一条指令所需时钟周期数
- MPIS 每秒执行百万条指令
- FLOPS 每秒浮点运算次数
-
存储容量(存放二进制信息的总位数)
- 主存容量
- 存储单元个数X存储字长(如MAR=10,MDR=8。MAR有2的10次方个编号，记为1K，有1K个存储单元。每个存储单元当中保存了八位二级制信息，这个存储体容量可以写成 1K X 8 位)(MAR=16,MDR=32 则 64K X 32位)
- 字节数 如2的13次方b = 1 KB，2的21次方b = 256KB
- 辅存容量
- 字节数 80GB
- 主存容量
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