基础知识系列博客——计算机组成原理
《计算机原理与体系结构》由王海瑞和袁梅宇两位老师主编,我水平非常有限,读着非常难受。这本书把“数字逻辑”和“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门课程内容混在一本书里面,我非常不理解,内容杂而且生硬。作为上课的教材,还是能学到一些东西吧。
概述
冯诺依曼计算机
冯诺依曼计算机由五大部件组成:输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器。
运算器和控制器合称为CPU(中央处理器)。CPU和存储器通常组装在一个主板上,合成主机。
运算器由一系列的算数逻辑部件(主要负责运算)和一系列寄存器(存放运算操作数)组成。
控制器就是整个计算机的控制中心。
计算机性能评价指标
- 机器字长(CPU一次能处理数据的位数)。现在一般为64位。
- 存储容量,包括主存(内存)和辅存(磁盘)。
- 运算速度(每秒能执行几条指令)。
- 兼容性。
指令系统
指令系统是指计算机所能执行的全部指令的集合,它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。指令系统表征了计算机的基本功能,决定了机器所要求的能力,也决定了指令的格式和机器的结构。
指令周期是指取指令、分析取数到执行指令所需的全部时间。CPU周期是完成一个基本操作的时间。一个指令周期划分为若干个CPU周期。
控制器的构成
CPU的功能可以总结为四点:
- 指令控制
- 操作控制
- 时间控制
- 数据加工
CPU分为控制器和运算器,其中寄存器分为两大类:运算类寄存器和控制类寄存器。控制器和运算器都包含了寄存器。
存储系统
存储系统的层次结构
以上到下依次是:寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带。
虚拟存储器
虚拟存储器物理上并不存在这样一种存储器,它更像是一种利用算法的存储系统。
输入/输出系统与总线
I/O设备的性能跟不上的话会极大影响计算机的效率。I/O系统性能指标主要有可靠性和响应时间。
冯诺依曼结构和哈佛结构的区别:
大致相同,最核心的区别是哈佛结构指令和数据分别存储。而冯诺依曼结构两者共同存储。哈佛结构更加复杂但是更加高速。
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