#计算机组成原理（第一章 计算机系统概述）

第一章 计算机系统概述

知识回顾和重要考点：

 

 

 

 

IR存放当下欲执行的指令；PC存放下一条指令的地址；

MAR存放欲访问的存储单元地址；MDR存放从存储单元取来的数据！

地址译码器是主存的构成部分，不属于CPU；地址寄存器虽然一般属于主存，但是现代计算机中绝大多数CPU内集成了地址寄存器！

关于CPU存取速度的比较：寄存器（CPU内部）> Cache(高速的SRAM) > 内存 （SDRAM）

 

 

 

 

 

 

 

 

问题答疑：

 

• 机器字长，机器字，存储字长，存储字：

　　1.机器字长,指cpu一次能处理的二进制数据的位数。机器字长一般等于内部寄存器的大小（IR、MAR、MDR），它决定了计算机的运算精度。

　　2.机器字, 一个字节是8位二进制,对32位系统,机器字为4个字节.对64位系统,机器字为8个字节.也即:(机器字 = 机器字长/字节位数).

　　3.存储字长:一个存储单元,存储的一串二进制码的位数　　(MDR的位数)

　　4.存储字:一个存储单元所能存储的一串二进制代码,注意存储字是一串代码. 

注意: 存储字长与机器字长的区别,机器字长一般等于内部寄存器的位数,而MDR位数与存储字长相等,因此我们可以理解为一般情况下,机器字长等于存储字长.要注意是一般情况下,在特殊情况下,机器字长可以是存储字长的1,2,4等倍.（机器字长不一定与存储字长相等）

 

• 机器字长、指令字长、存储字长的区别和联系是什么？

　　机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，机器字长一般等于内部寄存器的大小，它决定了计算机的运算精度。

　　指令字长：一个指令字中包含的二进制代码的位数。

　　存储字长：一个存储单元存储的二进制代码的长度。等于MDR的位数， 它们都必须是字节的整数倍。

　　数据字长：数据总线一次能传送信息的位数，它可以不等于MDR的位数。

 

指令字长一般取存储字长的整数倍，若指令字长等于存储字长的2倍，则需要2次访存来取出一条指令，因此取指周期为机器周期的2倍；若指令字长等于存储字长，则取指周期等于机器周期。

早期的计算机存储字长一般和机器的指令字长与数据字长相等，因此访问一次主存便可取出一条指令或一个数据。随着计算机的发展，指令字长可变，数据字长也可变，但它们必须都是字节的整数倍。

请注意64位操作系统是指特别为64位架构的计算机而设计的操作系统，它能够利用64位处理器的优势。但64位机器既可以使用64位操作系统，又可以使用32位操作系统。而32位处理器是无法使用64位操作系统的。

 

• 主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗？为什么？
  
  衡量CPU运算速度的指标有很多，不能以单独的某个指标来判断CPU的好坏。CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率。CPU的主频表示CPU内数字脉冲信号振荡的速度，主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（架构、缓存、指令集、CPU的位数、 Cache大小等）。由于主频并不直接代表运算速度，因此在一定情况下很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象

• 翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序有什么差别？各自的特性是什么？
  
  翻译程序是指把高级语言源程序翻译成机器语言程序（目标代码）的软件。
  翻译程序有两种：一种是编译程序，它将高级语言源程序一次全部翻译成目标程序，每次执行程序时，只需执行目标程序，因此只要源程序不变，就无须重新翻译，请注意同一种高级语言在不同体系结构下，编译成目标程序是不一样的，目标程序与体系结构相关，但仍不是计算机硬件能够直接执行的程序。另一种是解释程序，它将源程序的一条语句翻译成对应的机器目标代码，并立即执行，然后翻译下一条源程序语句并执行，直至所有源程序语句全部被翻译并执行完。所以解释程序的执行过程是翻译一句执行一句，并且不会生成目标程序。
  汇编程序也是一种语言翻译程序，它把汇编语言源程序翻译为机器语言程序。汇编语言是种面向机器的低级语言，是机器语言的符号表示，与机器语言一一对应。
  编译程序与汇编程序的区別：若源语言是诸如C、C++、Java等“高级语言”，而目标语言是诸如汇编语言或机器语言之类的“低级语言”，则这样的一个翻译程序称为编译程序。若源语言是汇编语言，而目标语言是机器语言，则这样的一个翻译程序称为汇编程序。

 

概念：

1、数据通路带宽

数据总线一次所能传送信息的位数。

2、主存容量

MAR的位数反映存储单元的个数，如MAR为16位，表示存储单元为216 = 64K;若MDR为32位，则存储容量为216x32.

3、运算速度

吞吐量，指系统在单位时间内处理请求的数量 ；从用户观点看，它是评价计算机系统性能的综合参数！

响应时间，指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得所需结构的等待时间。

CPU时钟周期。通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要1个时钟周期。

主频(CPU时钟频率)。机器内部主时钟的频率，是衡量机器速度的重要参数。

• CPU周期又称为机器周期，由多个时钟周期组成！
• 指令周期>CPU周期>时钟周期

CPI（Clock cycle Per Instruction），即执行一条指令所需的时钟周期数。

CPU执行时间，指运行一个程序所花费的时间。
CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频 = (指令条数xCPI)/主频
CPU的性能取决于三个要素:主频、CPI 、指令条数

IPS(Instructions Per Second) =主频/平均CPI，每秒执行多少指令

MIPS=即每秒执行多少百万条指令。(这个时指令，下面那个是浮点)

MFLOPS=浮点操作次数/(执行时间x10^6),即每秒执行多少百万次浮点运算。

GFLOPS=浮点操作次数/(执行时间x10^9)，即每秒执行多少十亿次浮点运算。

TFLOPS=浮点操作次数/(执行时间x10^12)，即每秒执行多少万亿次浮点运算。