郑州手机网站建设,微信卖货小程序,抖音代运营公司简介,算命网站开发电话文章目录1 计算机发展历程1.1 软硬件发展1.2 分类以及发展方向2 计算机系统层次结构2.1 计算机系统组成2.1.1 硬件的基本组成2.1.2 软件系统2. 2 CPU及其工作过程2.2.1 运算器2.2.2 控制器2.2.3 计算机的工作过程2.2.4 计算机系统层次结构2.2.5 存储器3 计算机性能指标3.1 容量…
文章目录1 计算机发展历程1.1 软硬件发展1.2 分类以及发展方向2 计算机系统层次结构2.1 计算机系统组成2.1.1 硬件的基本组成2.1.2 软件系统2. 2 CPU及其工作过程2.2.1 运算器2.2.2 控制器2.2.3 计算机的工作过程2.2.4 计算机系统层次结构2.2.5 存储器3 计算机性能指标3.1 容量3.2 速度3.2.1 指令的执行3.2.2 速度衡量单位1 计算机发展历程
1.1 软硬件发展 电子管时代ENIAC是第一台电子数字计算机 使用机器语言计算机能够直接理解的0101电信号偏向于机器如何运行 汇编语言 特点占地大耗电量超大基本元件包含大量真空管容易坏 晶体管时代TRADIC是第一台晶体管计算机 出现了面向过程的语言FORTRAN偏向于解决问题针对科学计算特点基本元件规模变小耗电量小并且出现了操作系统的雏形 中小规模集成电路 内存使用材料的变化磁芯存储器-半导体存储器计算机语言高速发展模块化的语言Pascal出现了分时操作系统 超大规模集成电路产生了微处理器 微型计算机的发展是以微处理器技术为标志微处理器处理的机器字长就是计算机一次整数运算所能处理的二进制位数如果机器字长是8bit要处理16bit数的加法那么就要分成两部分进行加法。 出现了新概念并行、流水线、高速缓存、虚拟存储出现了面向对象的语言c、c、java 机器字长VS操作系统位数 机器字长计算机一次整数运算所能处理的二进制位数 操作系统位数其所依赖的指令集的位数 摩尔定律 集成电路上所能容纳的晶体管的数目每隔18个月就会翻一倍计算机的性能也会翻一倍 1.2 分类以及发展方向
指令和数据流: 单指令流单数据流冯诺依是体系结构 单指令流多数据流阵列、向量处理机 多指令流单数据流不存在 多指令流多数据流多核处理机 2 计算机系统层次结构
2.1 计算机系统组成 软件和硬件在逻辑上是等效的 处理多位数据可以通过购买多位的处理器或者设计处理步骤实际上不是等价的 比如处理多位的数据物理上是一个数据流动的时间软件上是将其切分成两端分别进行计算因此是2个数据流动的时间 2.1.1 硬件的基本组成 存储器批量存储要处理的数据、中间结果 存储数据按照什么方式进行处理 – 提供给控制器的指令
2.1.2 软件系统
分类 系统软件管理整个计算机系统的软硬件资源进行合理的分配 操作系统、DBMS、语言处理程序 应用软件完成用户的特定功能 使用系统软件提供的资源接口 计算机编程语言 机器语言二进制代码需要手动查表 汇编语言助记符——-采用汇编程序进行查表 高级语言C、C 编译程序编译器将高级语言翻译成汇编语言接着翻译成机器语言可以记录重复代码 解释程序每次都直接把高级语言翻译成机器语言 2. 2 CPU及其工作过程
2.2.1 运算器 运算器各部件 MQ重装寄存器 ACC累加器 ALU算术逻辑单元 采用组合逻辑的设计方式规则不变 X通用寄存器 PSW程序状态字存放运算的溢出、进位 2.2.2 控制器 控制器基本部件 CU控制单元分析指令给出控制信号采用时序逻辑设计方式管理操作步骤的安排 IR指令寄存器存放当前要执行的指令输入到控制单元中 PC存放指令的地址具有自动加1的功能 2.2.3 计算机的工作过程 取数指令为例 M主存中某存储单元 ACC、MQ、X、MAR、MDR..相应寄存器 MMAR取存储单元中的数据 ACC..取相应寄存器中的数据 OPIR取操作码 AdIR取地址码 指令操作码地址码 操作码指令要操作的序列送到控制器CU控制单元 地址码指令要操作的数据存放位置PC中永远存放下一条指令地址控制器去PC中找要执行的指令 取数操作过程说明 step1 PC-MAR 第一步取PC所指的指令去主存中取PC寄存器存储的下一条指令的地址存储到主存的地址寄存器MAR中 step2. 3MMAR-MDR 主存根据这个地址到存储体中找到这个数据并写到数据寄存器MDR中 step 4MDR一IR 将MDR里数据放到指令寄存器IR中 取指令结束 step 5OPIR-CU 指令的操作码部分放到控制器的控制单元自动完成分析指令是什么类型 分析指令结束 step 6 AdIR-MAR 指令的地址码部分放到主存的地址寄存器 step 7.8 MMAR-MDR 主存从这个地址取出数据放到数据寄存器 step 9 MDR一ACC 数据放到累加寄存器当中 指令执行结束 CPU区分指令和数据的依据指令周期的不同阶段
2.2.4 计算机系统层次结构 冯诺依曼计算机
思想“存储程序”将指令以代码的形式事先输入到计算机主存储器中然后按其在存储器中的首地执行程序的第一条指令以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令直至程序执行结束。
冯诺依曼计算机特点 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成。指令和数据以同等地位存于存储器内并可按地址寻访。指令和数据均用二进制代码表示。指令由操作码和地址码组成操作码用来表示操作的性质地址码用来表示操作数在存储器中的位置。指令在存储器内按顺序存放。通常指令是顺序执行的在特定条件下可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。早期的冯·诺依曼机以运算器为中心输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据。 2.2.5 存储器 主机中的主存内存
地址寄存器MAR承接一个地址对应到存储体内的某一个存储单元数据自动输出到数据寄存器 N位地址→2N个存储单元 存储体 可以存储的二进制位 总容量 存储单元的个数* 存储字长 bit 存储单元的个数* 存储字长/8 byte 1byte8bit 系统最大容量2NX存储字长 MAR与存储体之间还会有 译码器和 驱动器增强供电能力 3. 数据寄存器MDR 取出一个存储单元之后直接送到MDR 存储单元的位数决定了MDR的位数 MDR、MAR逻辑上是属于主存的但是物理实现上可能一般放到CPU里面 3 计算机性能指标
3.1 容量
见上述
3.2 速度
3.2.1 指令的执行 机器字长计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数比如 现在计算的处理机是多少位的 指令并不是一口气执行完毕而是分成多个小步骤CPU提供CLK这个时钟信号协商指令的执行 CPIClock cycle Per Instruction执行一条指令所需的时钟周期数 该指令耗时CPI×CPU时钟周期 3.2.2 速度衡量单位 MIPSMillion Instructions Per Second每秒执行多少百万条指令。 MIPS指令条数/执行时间×106主频/CPI 如果主频的单位是MHz 那么就不用除以106 MFLOPSMega Floating-point Operations Per Second每秒执行多少百万次浮点运算。 MFLOPS浮点操作次数/执行时间×106。 GFLOPSGiga Floating-point Operations Per Second即每秒执行多少十亿次浮点运算。 MFLOPS浮点操作次数/执行时间×109。 TFLOPSTera Floating-point Operations Per Second每秒执行多少万亿次浮点运算。 MFLOPS浮点操作次数/执行时间×1012。 因此不是指令数越少CPU耗时越少跟CPI 和CPU时钟周期都有关系 数据通路带宽数据总线一次能并行传送数据的位数 吞吐量指系统在单位时间内处理请求的数量。 它取决于信息能多快地输入内存CPU能多快地取指令数据能多快地从内存取出或存入以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存因此系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。吞吐量衡量系统批量处理能力 响应时间指从用户向计算机发送一个请求到系统对该请求做出响应并获得它所需要的结果的等待时间。 通常包括CPU时间运行一个程序所花费的时间与等待时间用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间。响应时间衡量系统交互性能
