计算机的基本结构
冯·诺伊曼计算机的特点
计算机有5大部件组成
指令和数据以同等地位存在于储存期，可按地址寻访
指令和数据用二进制表示
指令由操作码和地址码组成
储存程序
以运算器为中心
现代计算机以储存器为中心
冯·诺伊曼体系计算机结构如下
运算器：执行算术计算和逻辑运算
储存器：存放数据和程序
控制器：指挥程序运行
输入设备：将信息转化成机器能识别的形式
输出设备：将结果转化成人们熟悉的形式
系统复杂性管理的方法
层次化：将被设计的系统划分为多个模块或子模块
模块化：有明确定义的功能和接口
规则性：模块更容易被重用
主机
一台主机由 CPU 和 IO 系统组成，其结构如下：
或者：
存储器的基本组成
存储器的基本构成如下：
存储器包含三个主要部分：存储体、MAR、MDR
存储体 ← 存储单元 ← 储存元件
存储单元：储存二进制数据 存储字： 存储单元中二进制的组合 储存字长：存储字中包含的二进制位数
每个存储单元都被分配一个地址
MAR ：存储器地址寄存器。反应了储存单元的个数
MDR ：存储器数据寄存器。反应了储存字长
运算器的结构和功能
运算器的基本结构如下：
运算器的核心是 ALU 。还包括三个寄存器：ACC, MQ, X
ALU MQ：乘商寄存器
运算器的功能能和寄存器的分配如下：
ACC | MQ | X | |
加法 | 被加数、和 | 加数 | |
减法 | 被减数、差 | 减数 | |
乘法 | 乘积高位 | 乘数、乘积低位 | 被乘数 |
除法 | 被除数、余数 | 商 | 除数 |
控制器的基本结构
控制器的功能：
解释指令
保证指令的按序完成
完成一条指令：
取指令
根据 PC 将指令从内存取出送入控制器
分析指令
IR (Instruction Register)存放当前要执行的指令 由控制单元分析指令执行指令
CU 由控制单元控制相应部件完成功能
指令的执行过程
取数指令：把保存在内存单元中的数据保存到 ACC 中
取指令：
在控制器的控制下：PC → MAR → 存储体 → MDR → IR
分析指令：
IR → CU
执行指令
将地址码从 IR → MAR → 存储体 → MDR → ACC
机器性能的衡量
机器字长：CPU 一次能处理数据的位数。一般与 CPU 中寄存器的位数相等
-
- 运算速度
主频
核心数，每个核心支持的线程数量
计算指令的期望。吉普森法： \(T_M = \sum\limits_{i=1}^{n}f_it_i\) （指令的静态使用频率）
CPI ：执行一条指令需要的时钟周期
IPC ：一个时钟周期能够完成的指令数
MIPS ：每秒执行多少百万条指令
FLOPS ：每秒浮点运算次数
-
- 存储容量：
主存容量：存储单元个数 x 储存字长（MAR x MDR）
字节数
辅存容量