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计算机概述

发布时间 2023-11-23 01:30:28作者: califorium

计算机的重要硬件部件

冯诺依曼结构计算机的特点

  1. 计算机由五大部件组成：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备
  2. 指令和数据以同等地位存储与储存器中
  3. 指令和数据由二进制编码表示
  4. 指令由操作码和地址码构成
  5. 存储程序
  6. 以运算器为中心（现代计算机以存储器为中心）、
    CUP=运算器+控制器+寄存器

question：为什么冯诺依曼计算机以二进制编码表示
answer：
1.二进制运算规则简单
2.制造两个状态的物理器件容易
3.便于对应逻辑门运算的true和false

主存器

主存器的组成

1.存储体：数据在存储体中按地址存储
2.MAR（Memory Address Register）
3.MDR (Memory Data Register)

相关概念

  1. 存储元： 存储一个二进制的原件，1bit
  2. 存储单元：存储数据的基本单元，每个存储单元放一串二进制代码
  3. 存储字：存储单元的二进制组合
  4. 存储字长： 存储单元中二进制单元的位数
  5. 1Byte=1个字节=8bit,1bit=1位=1个二进制

运算器

运算器的组成

1.ACC(累加器-Accumlator)
2.MQ（乘商寄存器-Multiplier Quotient Register）
3.X(通用操作数寄存器)
4.ALU(运算逻辑单元-Arithmetic logic unit)

控制器

1.CU(control unit)：分析指令，给出控制信号
2.IR(Instruction register-指令寄存器)：存放当前执行的指令
3.PC（Program Counter-程序计数器）:存放下一条指令，有自动加1的作用
控制器的执行逻辑：当指令和数据存入主存，PC指向第一条指令，将第一条指令存入IR，PC自动加1，CU分析指令并控制其他部件执行指令

层次结构

性能指标

储存器的性能指标

存储容量=存储单元个数\(\times\)bit
存储容量中：\(1K==2^{10}=1024，1M=2^{20},1G=2^{30},1T=2^{40}\)
传输速率中：\(1K=10^3,1M=10^6,1G=10^9,1T=10^{12}\)

CPU的性能指标

1.CLK（CPU时钟周期）：CPU的最小时间单位
2.CUP主频=\(\frac{1}{CLK}\)
3.CPI（Clock Per Instruction）：执行一条指令需要的时钟周期数
4.IPS（Instruction Per Second）: 每秒执行的指令数（\(IPS=\frac{1}{CPI\times{CLK}}=\frac{CPU主频}{CPI}\)）
5.FLOPS：每秒执行的浮点运算次数