计算机组成原理-第一/二章概述和数据的表示和运算【期末复习|考研复习】

作者：不正经 | 2024-03-02 23:25:08

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前言

总结整理不易，希望大家点赞收藏。

给大家整理了一下计算机组成原理中的重点概念，以供大家期末复习和考研复习的时候使用。
参考资料是王道的计算机组成原理和西电的计算机组成原理。

计算机组成原理系列文章传送门：
第一/二章概述和数据的表示和运算
 第三章存储系统

第一章计算机组成原理概述及各种码

1.1 计算机硬件的基本组成

计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大部件构成。

1.1.1 存储器

存储器分为主存储器和辅助存储器，CPU能够直接访问主存储器。主存储器中MAR（Memory Address Register）地址寄存器存放访存地址，MDR（Memory Data Register）数据寄存器存放从存储器中读或写的信息。现代CPU中MAR和MDR也在CPU中。

1.1.2 运算器

运算器用于进行算术运算和逻辑运算。最重要的部件为ALU(Arithmetic and Logical Unit)算数逻辑单元。运算器包括累加器ACC、乘商计算器MQ、操作数寄存器X、基址寄存器BR、程序状态寄存器PSW等。

1.1.3 控制器

控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR和控制单元CU组成。PC用来存放当前欲执行指令的地址，IR用来存放当前的指令其内容来自于主存的MDR。
CPU包含ALU、通用寄存器组GPRs、标志寄存器PSW、控制器、指令寄存器IR、程序计数器PC、存储器地址寄存器MAR和存储器数据寄存器MDR。

1.2 计算机的工作过程

hello.c->hello.i通过预处理器cpp，包括展开头文件、条件编译、删除注释等 gcc-e
hello.i->hello.s通过编译器ccl，检查语法规范，完成编译等 gcc-s
hello.s->hello.o通过汇编器as，将汇编指令翻译成机器指令 gcc-c
hello.o->hello.out通过链接器ld，将数据段合并，地址回填生成可执行文件
取数指令：
1、取指令 PC->MAR->M->MDR->IR
2、OP(IR)->CU
3、Ad(IR)->MAR->M->MDR->ACC

1.3 计算机的性能指标

CPU时钟周期：
即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位
主频（CPU时钟频率）：主频的倒数是CPU时钟周期，对于同一个型号的计算机，其主频越高，完成指令的一个执行步骤所用的时间越短，执行指令的速度越快。

CPI ：执行一条指令所需的时钟周期数
CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频 =（指令条数 *CPI ）/主频

CPU 的性能（CPU 执行时间）取决于三个要素：主频，每条指令执行所用的时钟周期数（ CPI ）、指令条数

1.4 各个字长区别与联系

机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，一般等于内部寄存器的大小，决定了计算机的运算精度。与ALU直接相关。
指令字长：一个指令字中包含的二进制代码的位数。
存储字长：一个存储单元存储的二进制代码的长度。等于MDR的位数，它们都必须是字节的整数倍。
数据字长：数据总线一次能传送信息的位数，它可以不等于MDR的位数。