计算机组成原理期末复习比较

工作原理：

• 存储程序：将程序存放在计算机的存储器中

• 程序控制：按指令地址访问存储器并取出指令，经译码依次产生指令执行所需的控制信号，实现计算的控制，完成指令功能

计算机组成

硬件

主机部分：运算器（CPU）+控制器（CPU）+内存储器（内存）。

• 运算器：算术运算（+、-、*、）；逻辑运算（与、或、非、移位、异或等）；基本结构（寄存器、连接通路）

• 控制器：控制程序和数据的输入、运行处理运算结果

• 存储器：用于储存数据、运算中间结果，容量为1K = 10条地址线，1M=1024k=20条地址线就是2^10幂

外设部分：I/O输入设备(键盘、鼠标、网卡)、I/O输出设备(打印机、显示器)、外存储器(U盘)

主线部分：地址线、数据线、控制线

软件

系统软件：操作系统、网络系统、编译系统

主频(f)

指CPU内核工作的时钟频率，CPU内数字脉冲信号震荡的速率

时钟周期(T)

节拍周期，计算机中最基本的、最小的时间单位，f越高，T越小

CPI(Clock cycles Per Instruction)

执行一条指令需要的时钟周期数（即时钟周期的个数）计算公式： C P I = 程 序 中 所 有 的 指 令 时 钟 周 期 之 和 程 序 指 令 总 数 CPI = frac{程序中所有的指令时钟周期之和}{程序指令总数} CPI=程序指令总数程序中所有的指令时钟周期之和/span>

与之相反的是IPC：每个时钟周期执行的指令条数

MIPS(Million Instructions Per Scond)

每秒钟执行的指令条数（单位：百万条/秒）公式如下： M I P S = 指 令 条 数 执 行 时 间 1 0 6 = 指 令 条 数 ( 程 序 中 所 有 的 指 令 时 钟 周 期 之 和 / f ) 1 0 6 = 指 令 条 数 f 程 序 中 所 有 的 指 令 时 钟 周 期 之 和 1 0 6 = f C P I 1 0 6 MIPS = frac{指令条数}{执行时间*10^6} = frac{指令条数}{(程序中所有的指令时钟周期之和/f)*10^6} = frac{指令条数*f}{程序中所有的指令时钟周期之和*10^6} = frac{f}{CPI*10^6} MIPS=执行时间/span>106指令条数/span>=(程序中所有的指令时钟周期之和/f)/span>106指令条数/span>=程序中所有的指令时钟周期之和/span>106指令条数/span>f/span>=CPI/span>106f/span>

机器数

小数二进制转换

求 5 16 frac{5}{16} 165/span>的二进制数。 5 16 frac{5}{16} 165/span> = 1 16 frac{1}{16} 161/span> + 1 4 frac{1}{4} 41/span> = 0.0101

快捷方法：首先将分母转换为2的次方数，这里是16所以不需要转换，求出5的二进制数为0101，因为是小数所以左移（变小）2⁴大小，那么就是左移4位，结果就是0.0101

模运算：

数学定义公式：

即x模y = x – （y * x与y的商的下界）

反码计算：

补码计算：

移码计算：

定点与浮点数据

定点

定义：可表示小数、整数

表现形式：X₀.X₁X₂X₃…X_n(定点小数)、X₀X₁X₂X₃…X_n.(定点整数)

不足：数据表示的范围有限

定点小数：如x=0.1011、y=-0.1011 则对应的机器码为x[原] = 0.1011 y[原]=1.1011 其中小数点前的0被忽略了

浮点

当数的范围超出了定点数能表示的访问则使用浮点数

定义：把数的范围和精度分别表示的一种数据表示方法；例如：E_SE₁E₂…E_nM₁M_sM₂…M_n (E表示阶码位数，数据的范围。M表示尾数位数，决定数的精度) longrightarrow /span> N = m * 2^e ,例如11100.101b,向左移5位变成规格化的0.11100101然后再移回来规格化后的浮点数就是0.11100101 * 2 ¹⁰¹(101表示5的二进制)

IEEE 754格式数据：

单精度：1符号位+ 8位偏指数+23位尾数（比如C中的float占4字节）

双精度：1符号位+11位偏移数+52位尾数（比如C中的double占8字节）

IEEE 754转换公式：(-1)^s * 2^e * 1.M

例题：

来源：HNHuangJingYu