一、计算机基础.ppt

1、计算机基础 学习目标概述 1、计算机组成及相关组件特性 2、数据表示及相关逻辑运算 3、寻址方式 4、中断概念及响应过程 5、存储体系及内存容量、cache的计算 6、流水线的概念、性能、计算 7、性能评估，可靠性、时钟频率计算 1、计算机组成及相关组件特性 计算机基本组成：CPU（运算器、控制器），内存储器，外存储器，输入、输出设备。 1、运算器：组成 算术逻辑单元（ALU）-主要完成算术运算、逻辑运算以及移位运算； 累加器-是通用寄存器，为ALU提供一个工作区 数据缓冲寄存器-暂存由内存读出、写入的一条指令和一个数据字，在单 累加器结构的运算器中，可以兼做操作数寄存器 程序状态寄存器-存放指令执行结果的各种状态信息（CF进位，OF溢出， SF正负，ZF零,PF奇偶）控制信息（IF中断，TF跟踪） 2、控制器---程序计数器（PC），指令寄存器，指令译码器，时序产生器，和操作控制器 程序计数器-指令计数器，专用寄存器，具有存储和计算的功能。存储下一 条指令的地址 指令寄存器-存储当前正在被cpu执行的指令 指令译码器-将指令中的操作码解码，告诉cpu该做什么 时序产生器-产生各种时序信号，以保证计算机能够准确、迅速、协调的工 作 3、指令体系结构：RISC，CISC 比较 CISC RISC 指令条数 多 只选取常用指令 指令复杂度 高 低 指令长度 变化 短、固定 指令执行周期 随指令变化大 大多在一个机器周期内完成 指令格式 复杂 简单 寻址方式 多 极少 涉及访问主存指令 多 极少，大部分只有两条命令 通用寄存器数量 一般 大量 译码方式 微程序控制 硬件电路 对编译系统要求 低 高 4、多处理机 具有两个或以上的处理机，共享输入、输出子系统，多处理机通过并行处理多任务提高速度，利用系统的重组能力来提高可靠性，适应性和可用性。多处理机具有共享存储器和分布存储器两种不同结构 MPP-大规模并行处理机 SMP-对称多处理机 并行算法：利用多个cpu联合求解问题的方法和步骤 SISD-单指令流单数据流，同一时刻只能执行一条指令，处理一条数据 SIMD-单指令流多数据流，一条指令可以同时运行多个数据（形成一个向量） 也称作向量计算机。 MISD-多指令流单数据流，各个处理单元组成一个线性阵列，分别执行不同的指 令流，而同一个数据流则顺次通过这个阵列中的各个处理单元 MIMD-多指令流多数据流，多个处理单元都是根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据。高性能服务器和大型计算机常用 5、总线和接口 总线：就是一组进行互联和传输信息（指令，数据，地址） 的信号线 总线分类 1、按相对于cpu位置分类：内部总线（在cpu内部，寄存器之间和ALU与控 制部件之间传输所用总线），外部总线（指cpu与内存，rom和I/O接口之 间通信的线路） 2、按功能划分：地址总线，数据总线，控制总线 常用接口 IDE、SCSI、PCMCIA、P1394、USB 数据编码和运算 原码：最高位作为符号位，0代表正数，1代表负数。 1+-1的问题 反码：正数的反码与原码相同，负数的反码为符号位为1, 剩余每位求反 补码：正数的补码和原码相同，负数的补码是是该数的 反码+1，计算机中大多数都用补码表示 移码：符号和补码表示相反，1表示正数，0表示负数， 也就是在补码的基础上首位也取反获得，一般 适合阶码的运算 与、或、非、异或运算 与 同为1得1，其它为0，或 同为0为0，其它为1，非 值求反 异或 两值相同为0，相异为1 存储体系（1） 存取方式 读/写装置 数据块标志 访问特性 代表 顺序存取 共享读/写装置 无 特定线性顺序 磁带 直接存取 共享读/写装置 数据分块、每块一个唯一标志 可直接移到特定数据块 磁盘 随机存取 每个可寻址单元专有读/写装置 每个可寻址单元均有唯一地址 随时访问任何一个存储单元 主存 相连存取 每个可寻址单元专有读/写装置 每个可寻址单元均有唯一地址 根据内容而非地址来选取读 /写点 Cache 存储体系（2） 存储器由一片或多片存储器配以控制电路构成，其容量为W*B，W是存储单元（word，即字）的数量，B表示每个word由