计算机组成原理

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概论

1.计算机系统简介

HPC:高性能计算机群
计算机由硬件和软件组成

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2.计算机的基本组成

2.1 冯·诺依曼计算机


五大组成部件是控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备

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2.2 计算机的基本组成


第二种方式运算速度更快
指令和数据都是存在存储器中的

存储器

存储体由许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件,每个存储元件可以寄存一位二进制代码0/1。

对于其组成我们可以这样来记忆:
存储体呢,相当于一栋大楼,大楼内有很多房间(存储单元),每个房间内又有很多床位(存储元件),那么0代表床上无人,1代表床上有人。

存储单元
以8位二进制作为一个存储单元,也就是一个字节。
一个存储单元可以存储一串二进制代码,称这串二进制代码为一个存储字,代码位数位存储字长。
存储单元有编号,这些编号称为存储单元的地址号。存储单元按地址寻访。这些地址都是二进制的形式。

运算器

计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、比较和传送等操作,亦称算术逻辑部件

控制器

功能:解释指令、保证指令的按序执行

取指令:把指令的地址从存储体中取出来
分析指令:存放当前欲执行的指令
执行指令CU

3.计算机硬件的主要技术指标

4.计算机的发展史

现在计算机产生的驱动力是需求

64位系统处理数据的效率比32位高

处理器的性能每隔两年翻一倍

机器语言–>汇编语言–>高级语言

系统总线

总线是连接各个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质

1.总线的结构




双总线结构也可以是主存总线和I/O总线,两个总线进行分离

2.总线的分类


3.总线的性能指标

4.总线标准

5.总线控制

5.1 总线判优控制

主设备 对总线有控制权
从设备 响应从主设备发来的总线命令


存储器

1.概述

1.1 存储器分类

1.2 存储器的层次结构



缓存和主存之间的区别通常情况下,高速缓存均是依托于静态随机访问存储器(SRAM),而主存一般是依托于动态随机访问存储器(DRAM)

2.主存储器




12345678H 12代表高位,78代表低位

3.半导体芯片

2的十次方 = 1 k k代表的是1024
1K有10条地址线,1M有20条地址线

随机存取存储器

动态RAM会周期性的刷新,静态RAM不进行刷新
1、静态RAM,指SRAM:只要有供电,它保存的数据就不会丢失,且为高速存储器,如CPU中的高速缓存(cache)
2、动态RAM,指DRAM:有供电,还要根据它要求的刷新时间参数,才能保持存储的数据不丢失,如电脑中的内存条

分为64行,64列,64列被分为4组,如图所示