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哈尔滨工业大学《计算机组成原理》笔记

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冬-风柚子


IP属地:河北1楼2016-10-20 20:06回复
    1.1:计算机系统简介
    抽象:
    1.2:计算机基本组成
    一,冯诺依曼计算机六个特点(存储程序结构型计算机):
    五大组成部分:运算器(核心),控制器,输入输出设备,存储器
    指令和数据以同等地位存放在存储器,依靠地址进行访问
    指令和数据都通过二进制表示
    指令有操作码和地址码构成
    存储程序(核心特征)
    以运算器为中心
    问题:1:运算器过于繁忙,成为瓶颈:2:不具有层次化特征
    改进:以存储器为中心
    二,现代计算机硬件框图:
    运算器 ALU
    控制器 CU
    存储器 主存/辅存
    输入输出设备 I/O设备
    ALU+CU=CPU
    如此形成了层次化计算机结构
    系统复杂性管理方法2:
    -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:使模块更容易被重用
    问题:一个现实当中的问题,如何用计算机解决?
    问题:是不是所有温问题可以用计算机解决?
    不可计算问题:图灵机停机问题
    假设我们的问题可以用计算机解决
    三,计算机工作步骤
    1:上机前准备:
    建立数学模型
    确定计算方法
    编制解题程序
    2:存储器基本组成:
    核心结构为存储体
    MAR:保存了存储单元个数,存储器地址寄存器
    MDR:存储器数据寄存器,反映存储字长
    3:运算器结构:
    组合电路,输入撤销,输出也撤销
    X,ALU,ACC,MQ
    MQ也叫乘商寄存器
    4:控制器功能:
    完成一条指令:取指令->分析指令->执行指令
    PC:程序计数器,保存了当前执行的指令的
    IR:指令寄存器,存放当前执行的指令


    IP属地:河北2楼2016-10-20 20:06
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      三,计算机的性能指标
      1:机器字长:32/64位,CPU能一次处理的数据大小,与CPU中
      2:运算速度:主频(主频和机器速度并没有太多关系)
      核数(每个核支持的线程数,也和速度没啥关系)
      吉普森法:对运算时间进行加权平均,按指令出现频率计算
      CPI:执行一条指令所需时钟周期
      IPC:一个时钟周期能完成多少指令
      MIPS:每秒执行多少百万条指令
      FLOPS:每秒进行浮点运算数
      3:存储容量:存放二进制位的总位数
      主存容量:1:存储单元个数x存储字长(1K=2的10次方)2:字节数:如1KB
      辅存容量:字节数如80GB
      倒戈国防科技大学
      多个处理器不会加快单个任务的完成时间,会增加吞吐量
      计算机性能:响应时间的倒数(简单表示)
      CPU执行时间:用户CPU时间,系统CPU时间
      系统性能:表示系统响应时间
      CPU性能:表示用户CPU时间
      评价·CPU的指标:CPU执行时间
      时钟周期:所有计算机都有硬件时钟
      时钟频率=时钟周期的倒数
      CPU执行时间=CPU时钟周期数x时钟周期时间=周期数/时钟频率
      一个程序需要的时钟周期数=指令数x平均每条指令运行时间
      CPI:执行一条指令所需时钟周期
      增加指令集可能会是时钟周期变长,所以指令数小不一定快
      评价是要根据各个因素进行权衡
      主频x2但执行速度没有x2
      一个程序的CPU时间=指令数xCPIx时钟周期时间
      功耗:
      动态功耗:晶体管翻转时消耗的能量
      降低功耗:降低时钟频率,降低工作电压
      但低电压回事芯片漏电更突出,大约30%到40%的功耗是由于漏电引起的
      静态功耗:即使晶体管关闭,仍有漏电流发生
      成本:芯片从半导体硅锭到硅片,晶圆制作后封装:京西南偏固定在塑胶或陶瓷基座上,吧引线与基座针脚相连
      晶圆价格,晶圆芯片数,芯片良品率


      IP属地:河北3楼2016-10-22 16:46
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        2.1计算机语言
        指令系统:
        兼容性:向上兼容
        完备性
        有效性
        规整性
        CISC复杂指令集:指令周期长,难以维护,效率低下
        RISC精简指令集:简化指令集,使用大量通用寄存器,指令周期短,指令等长
        目前两种防止在不断融合


        IP属地:河北4楼2016-10-22 16:53
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          指令格式:操作码+地址码
          变长指令字:常用操作码位数较短
          定长指令字
          每条指令的操作码只能有一个
          二地址指令:一个指令里存在两个地址,
          “字长”通常是指CPU中数据通路的宽度,是从硬件具体实现的角度来看;
          而“字”,是从信息处理的基本单位的角度来看,更像是一种数据类型,例如我们在汇编编程时定义变量的数据类型是“字”或者“双字”;
          “字长”和“字”的宽度,有的处理器相同,有的不同,在具体工程实现中一般不会弄混淆。以早期Pentium、Xeon等32位字长intel处理器为例,为和早期8086等处理器兼容,采用x86指令集,其“字”定义为16位,“双字”的宽度才是32位。
          类似的,不同系列的ARM处理器,有32位/64位字长设计,配备16位/32位指令集。
          定长操作码:地址码可变,指令码为定长,译码简单,执行快
          扩展操作码:操作码编码可变,操作码增加,地址码相应减少,可以缩短指令长度,增加指令字表示的操作信息,减少程序位数,使用频率高的用短码
          指令字长为字节整数倍
          课外:中断隐指令,并不是一种真正的指令,它没有操作码
          地址码结构:地址个数减少,指令数就会增多
          零地址指令:1:无需操作数2:所需操作地址默认
          一地址指令:其地址即是原操作数的地址,也是存放结果的地址
          二地址指令:最常见,一个存放,一个取数
          三地址指令
          多地址指令:向量处理
          2.3:指令的寻址方式
          找到操作数实际位置的方式,逻辑地址->相对地址
          立即数寻址:原操作数直接在指令中,但只能作为原操作数,大小收到限制
          存储器直接寻址:给出操作数地址


          IP属地:河北5楼2016-10-25 16:25
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