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第一章计算机硬件基础 1. 计算机结构计算机体系与组成结构与组成结构。 CPU 特性。指令系统。流水线技术 计算机体系结构分类 Flynn 分类法:它是根据指令流,数据流和多倍性 3 方面进行分类的冯氏分类法:以计算机系统在单位时间内所能够处理的最大二进制位数分类字串位串( 字宽=1 , 位宽=1 ), 字并位串( 字宽 1, 位宽=1 ), 字串位并( 字宽=1 , 位宽 1), 字并位并(字宽 1 ,位宽 1)4种 计算机的硬件组成运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备运算器与控制器组成 CPU 运算器负责完成算术,逻辑运算功能,运算器由 ALU ,寄存器,多路转换器,数据总线控制器负责访问程序指令,进行指令译码,并协调其他设备控制器由程序计数器,指令寄存器,状态/ 条件寄存器,时序发生器,微操作信号发生器组成总线:总线是一种内部结构,它是 CPU, 内存,输入,输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接外部设备通过相应的接口电路与总线相连接, 从而形成了计算机硬件系统系统总线分类数据总线( DB ) :用于传送数据信息地址总线(AB) :是专门用来传送地址的控制总线(CB) :用来传送控制信号和时延信号 CPU 特性指令周期:是指取出并执行一条指令所需的时间,也称为时间周期总线周期:是指 CPU 从存储器或 I/O 端口存取一个字节所需的时间,也称为主频周期时钟周期:指的是 CPU 处理动作的最小单位(1) 计算总线数据传输速率总线数据传输效率= 时钟频率每个总线包含的时钟周期数× 每个总线周期传送的字节数** 每秒传输 8 个字节(2) 计算系统速度(指令秒事务项秒) 每秒指令数= 时钟频率/ 每个总线包含的时钟周期数指令平均占用总线周期数 指令系统基础指令的基本格式是由操作码和地址码两部分组成操作码指出该命令要完成什么操作地址码则提供原始的数据指令系统中定义操作码的方法可以分为规整型(定长编码)和非规整型(变长编码)两种指令系统中用来确定如何提供操作数或提供操作数地址的方式称为寻址方式和编码方式操作数寻址方式立即寻址:直接给出操作数而非地址直接寻址:直接给出操作数据地址或所在寄存器号(寄存器寻址) 间接寻址:给出的是指向操作数地址的地址变址寻址:给出的地址需与特点的地址值累加从而得出操作数据地址 RISC ( 精简指令集计算机)与 CISC ( 复杂指令计算机) 计算机执行程序所需的时间 P 编译后产生的的机器指令数 I 执行每条指令所需的平均周期数 CPI 每个机器周期的时间 T P= I× CP I×T 流水线技术流水线技术是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法流水线的吞吐率(任务数/ 完成时间) 加速比(不采用流水线的执行时间/ 采用流水线的执行时间) 影响流水线的主要因素(1) 转移指令(2) 共享资源访问的冲突(3) 响应中断 并行处理技术并行性是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作, 只要在时间上互相重叠,都存在并行性。(1) 并行措施分类时间重叠资源重叠资源共享(2) 主要并行技术(3) 并行性的发展单处理机资源共享资源重复时间重复多机系统网络化多机互联功能专用化 2. 存期器存储器是用来保存原始数据,操作数据, 结果数据的