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计算机组成和计算机体系结构1.1计算机体系结构1)概念:指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性。2)计算机系统的属性通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性,包括指令集,数据类型,存储器寻址技术,I/O机理等。(大都为抽象的属性)1.2计算机组成1)概念:实现计算机体系结构所体现的属性。计算机层次结构冯诺依曼计算的特点1)计算机由五大部件组成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)机器以运算器为中心4.计算机硬件框图1)冯.诺依曼计算机结构框图现代以存储器为中心的计算机结构框图3)计算机硬件的主要技术指标1)机器字长:CPU一次能够处理数据的位数,与CPU中的寄存器位数有关。2)存储容量:主存容量与辅存容量主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。即存储容量=存储单元个数*存储字长MAR位数代表存储单元个数,MDR的位数代表存储字长。例:MAR=10,则存储单元个数=210,MDR=8,即有8位。字节数:213=1KB(1K=210,1B=23b)辅存容量:通常用字节数来表示,如80GB(1G=1024M=210*220=230)3)运算速度:单位时间内执行指令的平均条数计量单位:MIPS(百万条指令每秒)CPI(执行一条指令的时钟周期(机器主频的倒数))与FLOPS(浮点运算次数每秒)也可来衡量运算次数。第二章计算机产生和发展过程1)计算机的3代:电子管——晶体管——集成电路2)硬件技术对计算机更新换代的影响2.什么是摩尔定律微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番第三章1总线性能指标①总线宽度:指数据总线的宽度(bit为单位)②总线带宽:总线的数据传输速率(MBps为单位)总线带宽=总线宽度*总线频率例:总线工作频率为33MHz,总线宽度为32位,则带宽=33*(32/8)=132MBps.ISA,EISA、PCI,RS-232C与USB总线特点ISA:又称AT总线,使用独立于CPU的总线时钟,不支持多台主设备系统,而且ISA上的所有数据传送需通过CPU或DMA接口来管理,耗CPU时间.最大传输速率(带宽):16MBps总线时钟频率:8MHz数据线:16地址线:24EISA:与ISA完全兼容,从CPU中分离总线控制权,支持多个总线主控器与突发方式的传输。最大传输速率(带宽):33MBps总线时钟频率:8MHz数据线:32地址线:32PCI:1.高性能2.良好的兼容性3.支持即插即用4.支持多主设备能力5.具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力6.提供数据与地、地址奇偶校验功能,保证数据的完整与准确。7.支持两种电压标准:5V与3.8.可扩充性好9.软件兼容性好10.采用多路复用技术,减少了总线引脚个数RS-232C:是用于串行二进制DTE(数据终端设备)与DCE(数据通信设备)之间的标准接口。使用RS-232C时,必须实现两种电平的转换。即低电平为逻辑“1”(-15V~~-3V)高电平为逻辑“0”(+3V~~+15V)USB:1.具有真正的即插即用的特征2.具有很强的连接能力3.数据传输率(USB1.0)有两种:普通无屏蔽双绞线(1.5MBps)和屏蔽双绞线(12MBps)而USB2.0数据传输率最高可达480Mbps4.标准统一5.连接电缆轻巧,电源体积缩小6.生命力强三种集中式总线判优控制的特点(1)链式查询只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障敏感,且优先级别低的设备很难获得请求。(2)计数器定时查询计数可以从‘0’开始,此时一旦设备的优先次序被固定,设备的优先级就按0,1,2····n的顺序降序排列,而且固定不表;计数也可以从上一次计数的终止点开始,既是一种循环方法,此时设备使用总线的优先级相等;计数器的初始值还可由程序设置,故优先次序可以改变。(3)独立请求查询响应速度快,优先次序控制灵活(可通过程序改变),但控制线数量多,总线控制更复杂总线周期的四个阶段(完成一次总线操作的时间)(1)申请分配阶段:主模块申请,总线仲裁决定(2)寻址阶段:主模块向从模块给出地址和命令(3)传数阶段:主模块和从模块交换数据(4)结束阶段:主模块撤销有关信息.P61例3.1第四章存储器层次结构存储器3个主要性能指标:速度,容量,位价。存储器层次结构主要体现在缓存----主存和主存----辅存缓存---主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题主存---辅存层次主要解决存储系统的容量问题。详解:CPU和主存,缓存都能直接交换信息;缓存能直接和CPU、主存交换信息;主存可以喝CPU、缓存、辅存交换信息。Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用,即从整体运行的

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