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计算机组成原理是什么

计算机组成指的是系统结构的逻辑实现，包括机器机内的数据流和

控制流的组成及逻辑设计等。计算机由什么组成的，有什么原理呢?下

面yjbys小编为大家分析一下!

?【计算机性能指标】

?计算机的性能指标主要是CPU性能指标、存储器性能指标和I/O

吞吐率。

?处理机字长：是指处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位

数。

?总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部

总线二进制位数。

?存储器带宽：单位时间内从存储器读出事物二进制数信息量，一

般用字节数/秒表示。

?主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产

生固定频率的时钟，主时钟的频率(f)叫CPU的主频。主频的倒数称为

CPU的周期(T)。

?CPI：表示每条指令周期数，即执行一般程序所占用的CPU时

间，

?CPU执行时间=CPU时钟周期数*CPU时钟周期

?MIPS：表示平均每秒执行多少百万条定点指令数，

?FLOPS:表示每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作

的性能。

?FLOPS=程序中的浮点操作次数/程序执行时间(s)

?【定点数的表示和运算】

?一个定点数由符号位和数值域两部分组成。按小数点位置不同，

定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。在定点计算机中，两个原码表

示的数相乘的运算规则是：乘积的符号位由两数的符号位按异或运算得

到，而乘积的数值部分则是两个正数相乘之积。两个原码表示的数相除

时，商的符号位由两数的符号按位相加求得，商的数值部分由两数的数

值部分相除求得。

?【算数逻辑单元ALU】

?为运算器构造的简单性，运算方法中算数运算通常采用补码加、

减法，原码乘除法或补码乘除法。为了运算器的高速性和控制的简单

性，采用了先行进位、阵列乘除法、流水线等并行技术措施。ALU不

仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能，而且具有先行进位逻辑，从而

能实现高速运算。

?【存储器的分类】

?按存储介质，用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器，用

磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器;作为存储介质的基本要求，

必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。

另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。

?按存取方式，存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且

存取时间和存储单元的位置无关的存储器称为随机存储器，存储器只能

按某种顺序来存取，即存取时间和存储单元的物理位置有关的存储器称

为顺序存储器;半导体存储器是随机存储器，RAM和ROM都是采用随

机存取的方式进行信息访问，磁带存储器是顺序存储器。

?按信息易失性，断电后信息消失的存储器称为易失性存储器，断

电后仍能保存信息的存储器称为非易失性存储器;半导体读写存储器

RAM是易失性存储器，ROM是非易失性存储器，磁性材料做成的存储

器是非易失性存储器。

?按存储内容可变性，有些半导体存储器存储的内容是固定不变

的，即只能读出而不能写入，这种半导体存储器称为只读存储器

(ROM)，既能读出又能写入的半导体存储器称为随机读写存储器(RAM);

?按系统中的作用，可分为内部存储器、外部存储器;又可分为主

存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器、控制存储器;半导体存储器是

内部存储器，磁盘是外部存储器，又是辅助存储器。

?【存储器的层次化结构】

?目前在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即使用高

级缓冲存储器(cache)、主存储器和外存储器。CPU能直接访问的存储器

称为内存储器，它包括cache和主存储器。CPU不能直接访问外存储

器，外存储器的信息必须调入内存储器后才能为CPU进行处理。cache

是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器，在计算机中利用

cache来高速存取指令和数据。cache的工作原理基于程序运行中具有的

空间局部性和时间局部性特征。cache能高速地向CPU提供指令和数

据，从而加快了程序的执行速度。从功能上看，它是主存的缓冲存储

器，由高速的SRAM组成。为追求高速，包括管理在内的全部功能由

硬件实现，因而对程序员是透明的。与主存容量相比。cache的容量很

小，它保存的内容只是主存内容的一个子集，且cache与主存的数据交

换是以块为单位。主存储器是计算机系统的主要存储器，由MOS半导

体存储器组成，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据，能和

cache交换数据和指令。外存储器是大容量辅助存储器，通常用来存放

系统程序和大型数据文件及数据库。

?存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器带

宽。存