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計算機組成原理知識點 第一章 緒論

本章內容主要通過選擇題和填空題進行考察,在考試中總體佔比較小,本章將介紹計算機發展史,

計算機的分代

第一代   電子管計算機 第二代  電晶體計算機 第三代  小、中規模積體電路(SSI,MSI)計算機 第四代  大、超大規模積體電路(LSI,VLSI)計算機

計算機的系統組成

 現代計算機的組成原理均是由馮諾依曼提出的以程式儲存為核心的通用電子計算機體系結構原理構建。計算器不同與計算機之處在於,計算機的解題步驟即程式是在執行過程中由人工臨時編制和控制執行的。

計算機系統主要由硬體系統軟體系統組成。硬體系統由運算器,控制器,儲存器,輸入裝置和輸出裝置以及將它們連結為有機整體的互聯結構組成;軟體是計算機的執行程式的相應的文件。(運算器+控制器=CPU,CPU+主儲存器=主機,I/O裝置又稱外部裝置)

    運算器是進行資料處理即執行運算和邏輯運算的部件 由算數邏輯單元,內部匯流排,通用暫存器組,鎖存器標誌暫存器和移位器組成。

  儲存器分為主儲存器(主存)和輔助儲存器(輔存或外儲存器),其中主儲存器是存放程式和資料的部件。計算機的程式通常存放在輔存,只是程式被啟動後其指令和資料才被裝入主存。記憶體儲器由儲存體,選址系統,讀寫系統,儲存時序控制線路構成。

  控制器是計算機的管理機構和指揮中心,它協調計算機的各部件自動地工作。計算機有兩種型別的控制器,即組合邏輯控制器和微程式控制器。組合邏輯控制器主要由指令控制部件,地址形成部件,定時部件和微操作控制部件組成(指令控制部件由程式計數器(PC),指令暫存器(IR),指令譯碼器(ID)組成)。

互連結構 現代計算機通常採用匯流排(BUS)互連結構。南北橋結構是主機板控制晶片組的一種基本結構,其中北橋晶片是CPU與記憶體,顯示卡等裝置聯絡的橋樑,南橋晶片則主要用來與I/O裝置進行通訊。

計算機的工作過程

指令執行過程分為取指令階段和執行指令階段。

取指令過程:

  1. 程式計數器pc將內容送往記憶體儲器選址系統的MAR,即MAR←PC。
  2. 控制器向記憶體儲器發出讀命令,記憶體儲器把MAR所儲存單元的內容讀出來送MBR,即MBR←M(MAR)
  3. 程式計數器內容加1,為取下一條指令準備好地址,即PC←PC+1。
  4. 經系統匯流排把MBR中的指令送控制器的指令暫存器IR,即IR←MBR

計算機的效能指標

吞吐量 是指資訊流入、處理和流出系統的速率。主要取決於主存的儲存週期。

響應時間 是指從提交作業到該作業得到CPU所響應的時間。響應時間越短,吞吐量越大。

主頻 是機器內部主時鐘的頻率,是衡量機器速度的重要引數

CPU週期 是機器週期,通常用從記憶體讀取一條指令字的最短時間來定義。

CPU時鐘週期 是CPU中最小的 時間單位。

CPI 執行一條指令所需要的時鐘週期數。

MIPS 每秒可執行百萬條指令數。

MFLOPS 每秒百萬次浮點運算。

補充:

經典和現代計算機結構的區別

早期經典的馮諾依曼計算機結構以運算器為中心。由於輸入輸出裝置速度慢,並且傳輸操作都需要通過運算器,導致計算機效率不高,因此現代計算機結構已經轉化為以儲存器為中心