计算机组成原理-408-概述

欢迎你来读这篇博客，这篇博客主要是关于 408机组 备考经验相关的分享。
其中包括了关于我的经验和收集的知识分享。

前置知识

背景

学过一些计算机基础课，计算机体系结构、计算机网络、操作系统、数据架构、软件工程、UML建模等，23 年下半年考的软考中级·软件设计师，学过用过近十几门编程语言。有算法竞赛经验，但是很菜。编程能力个人感觉较差，理论能力一般。

本章需要一定的基础。

绪论

设计一台简单的计算机

什么是计算机？冯诺依曼模型你了解吗？

计算机的功能：

• 逻辑运算-与或非门
• 算术运算-加减乘除
• 存储功能

计算机史

408 大纲已删除，非统考保留。

发展历史

ENIAC-1946：世界上第一台计算机，组成部分是电子管。

发展阶段	时间	技术	速度/(次/秒)
一	1946~1957	电子管	40，000
二	1958~1964	晶体管	200，000
三	1965~1971	中、小规模集成电路	1，000，000
四	1972~1977	大规模集成电路	10，000，000
五	1978~现在	超大规模集成电路	100，000，000

摩尔定律

每平方英寸电路板上的晶体管数量每 18 个月翻一倍

微处理器的出现和发展

把运算器和控制器合并到一块芯片上制造出了微处理器，经历了 4 位、8 位、16 位、32 位和 64 位微处理器几个发展阶段:

半导体存储器的发展

经历了 1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB16MB、64MB、…、1GB 等阶段，每个新阶段在容量上是前一阶段的 4 倍

计算机软件发展

计算机语言的发展从机器语言到汇编语言再到高级语言(FORTRAN、CJava 等)

操作系统的发展语言发展到一定程度出现了操作系统 (DOS、Windows.UNIX、macOS 等)，它可以协调管理计算机中的各种软硬件资源。

层次结构-主存

主存的组成：

• M-存储器

• MAR-地址寄存器

• MDR-数据寄存器

  MDR 的长度等于存储单元的长度，称之为存储字长(字)，即存储单元中存储基元的个数;

  存储字长可以是 8 位、16 位或 32 位等，因不同的机器设计而不同;

  每 8 个存储基元称之为一个字节，存储字长为字节的整数倍;

  位 (bit) 、字节 (byte) 、字 (word)

层次结构-运算器与控制器

运算器：

• MQ-乘商寄存器
• ACC-累加器
• 算术逻辑单元
• 操作数寄存器

	加	减	乘	除
ACC	被加数与和	被减数与差	乘积高位	被除数和余数
MQ			乘数和乘积低位	商
X	加数	减数	被乘数	除数

控制器：

• CU-控制单元
• IR-指令寄存器
• PC-程序计数器

指令：操作码+地址码

层次结构-IO 设备及组织方式

• 输入设备
• 输出设备

组织方式：

• 冯诺依曼模型
• 图灵机

层次结构-五层结构

• 第四层：虚拟机器 M4 - 高级语言机
• 第三层：虚拟机器 M3 - 汇编语言机
• 第二层：虚拟机器 M2 - 操作系统机

以上软件层，下面是硬件层

• 第一层：传统机器 M1 - 机器语言机
• 第零层：微程序机器 M0 - 机器语言机

计算机软件与硬件的关系

• 硬件和软件互相依存

  硬件是软件工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径:

• 硬件和软件无严格界线

  在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现因此，硬件与软件在一定意义上说没有严格的界面;

• 硬件和软件协同发展

  计算机软件随硬件技术的发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者交织发展，缺一不可。

性能指标

• 存储容量

  存储单元个数 x 存储字长/8 字节(byte)

  MAR 的位数反映了最大存储单元个数

  MDR 的位数等于存储字长 ;

• 机器字长

  进行一次整数运算所能处理的最大二进制位数的整数倍

  一般机器字长为一字节(8bit)

• 运算速度

  吞吐量:单位时间内的数据处理量

  响应时间:从用户向计算机发出一个请求，到计算机返回这个请求对应的结果之间的时间;(包括 CPU 处理时间和存储器访问、操作系统开销、外设访问时间;)

  CPU 时钟周期: 节拍脉冲时间（机器中最小的时间单位）

• 主频

  CPU 时钟周期的倒数

• CPI:

  执行一条指令所需要的时钟周期数

• MIPS

• FLOPS

问题解答

参考资料

• 天勤 408
• 王道 408
• 计组-软硬件接口

启示录

富贵岂由人，时会高志须酬。

能成功于千载者，必以近察远。