考研计算机组成原理——零基础学习的笔记

第一章

研究计算机硬件的学科。

1.计算机系统概述

计算机系统=硬件+软件（系统软件：比如操作系统、数据库管理系统、标准程序库等，应用软件：QQ等）

1.2计算机的层次结构

1.2.1计算机硬件的基本组成

冯·诺伊曼计算机：

特点：

1.计算机由五大不见组成；

2.指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访；

3.指令和数据用二进制表示；

4.指令由操作码和地址码组成；

5.存储程序；

6.\textcolor{red}{以运算器为中心}。

现代计算机结构：

下面是一个电脑或者手机的结构；其中主存实际上像是手机的运行内存、辅存像是手机机身存储。

1.2.2各个硬件的工作原理

主存储器的基本组成：

寄存器：存放二进值数据的。

\textcolor{red}{注意：字和字节、B和b的区别}.

运算器的组成：

\textcolor{red}{注意：ALU是最重要的，其他都是存放的}.

控制器的组成：

\textcolor{red}{注意：完成一条指令，由PC取指令、IR分析指令、CU执行指令}.

举个例子：

运行过程如下：

Step1：

PC会自动+1.

Step2: //乘法

Step3: //加法

Step4: //存数

Step5:

1.2.3计算机软件

系统软件：负责管理硬件资源，并向上层应用程序提供基础服务。如操作系统、数据库管理系统、网络软件等

应用软件：为了解决某个应用领域的问题而编制的程序，如抖音、QQ等

1.2.4计算机系统的层次结构

1.2.5计算机系统的工作原理

需要知道预处理器、编译器、汇编器、链接器的概念

1.3计算机的性能指标

存储器的性能指标：

        MAR的位数反映存储单元数量

        MDR反映每个存储单元大小

        n个二进制位能表示除多少种不同的状态？

CPU的性能指标：

时钟周期：CPU中最小的时间单位，每个动作至少要1个时钟周期；（单位位微秒、纳秒）

主频（时钟频率）：CPU内数字脉冲信号振荡频率/ =1/时钟周期，单位HZ

CPI： 执行一条指令所需的时钟周期数

CPU执行时间：运行一个程序所花费的时间/ =（指令条数*CPI）/主频

IPS：每秒执行多少条指令 / =主频/平均CPI;

FLOPS：每秒执行多少次浮点运算

需要说明以上两个指标的单位和经常使用的符号：

系统整体的性能指标：

数据通路带宽：数据总线一次所能运行传送信息的位数（各硬件部件通过数据总线传输数据）

吞吐量：指系统再单位时间内处理请求的数量

取决于信息能多块低输入内存，CPU能多块地取指令、数据多快的存入或取出等等

响应时间：指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要的结果的等待时间.

系统整体的性能指标（动态测试）：跑分软件