计算机组成原理概论

TRANCE

• 1 计算机发展历程
• • 1.1 计算机硬件的发展
  • 1.2 计算机软件的发展
• 2 计算机系统层次结构
• • 2.1 计算机系统组成
  • 2.2 计算机工作过程
  • • 2.2.1 从源文件到可执行文件
    • 2.2.2 指令执行过程描述
    • 2.2.3 计算机系统多级层次结构
• 3 计算机性能指标

1 计算机发展历程

1.1 计算机硬件的发展

??电子管时代——>晶体管时代——>中小规模集成电路时代——>超大规模集成电路时代

1.2 计算机软件的发展

??机器语言——>汇编语言——>高级语言

2 计算机系统层次结构

2.1 计算机系统组成

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
??硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备组成。
????运算器是计算机的执行部件，用于进行算术运算和逻辑运算。运算器的核心是ALU(算术逻辑单元)。运算器包含一些通用寄存器，用于暂存操作数和中间结果，如ACC(累加器)、MQ(乘商寄存器)、X(操作数寄存器)、IX(变址寄存器)、BR(基址寄存器)、PSW(程序状态寄存器)等。
????存储器是计算机的存储部件，用来存放程序和数据。分为主存和外存。主存按存储单元的地址进行存取。存储体存放二进制信息，MAR(地址寄存器)存放访存地址，MDR(数据寄存器)暂存要从存储器中读或写的信息，时序控制逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号。
????控制器是计算机的指挥中心，由其指挥各部件自动协调地进行工作。控制器由PC(程序计数器)、IR(指令寄存器)、CU(控制单元)组成。PC用于存放当前欲执行指令的地址，可自动+1存放下一条指令，与主存的MAR之间有一条通路。IR用于存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。指令中的操作码OP(IR)送至CU，用以分析指令并发出各种微操作命令序列。地址码AD(IR)送至MAR，用以取操作数。
????CPU集成了运算器和控制器，CPU和主存构成主机，除主机外的其他硬件设备（外存、I/O设备等）称为外设。
??软件由系统软件和应用软件组成。

2.2 计算机工作过程

计算机的工作过程可分为以下三个步骤：
1）把程序和数据装入主存。
2）将源程序转换成可执行文件。
3）从可执行文件的首地址开始逐条执行指令。

2.2.1 从源文件到可执行文件

1）预处理阶段。预处理器将程序文件中include的源文件进行内容插入，生成完整的程序文件。
2）编译阶段。编译器对预处理后的源程序进行编译，生成一个汇编语言源程序。
3）汇编阶段。汇编器将汇编语言源程序翻译成机器语言指令，将这些指令打包为二进制可重定位目标文件。
4）链接阶段。链接器将多个可重定位目标文件和标准库函数合并为一个计算机可执行目标文件。

2.2.2 指令执行过程描述

程序中第一条指令的地址置于PC中，根据PC取出第一条指令，经过译码、执行步骤等，控制计算机各功能部件协同运行，完成这条指令的功能，并计算下一条指令的地址。

2.2.3 计算机系统多级层次结构

高级语言机器——>汇编语言机器——>操作系统机器——>机器语言机器——>微指令系统，自操作系统机器之后为软硬件交界面。

3 计算机性能指标

??主频。主频f为一秒执行的时钟周期数，1/f为一个时钟周期花费的时间，称为CPU时钟周期。
??CPI。执行一条指令所需的时钟周期数。
??MIPS。每秒执行的百万条指令数。MIPS=f/(CPI*10^6)
??指令字长=存储字长=机器字长
??透明性是站在用户的角度上，感觉不到某个事物或属性的存在。

来源：不落.