第一章：计算器系统体系结构

什么是计算机系统体系结构

• ISA(指令集合系结构

 

 

 

什么是计算机

• 寄存器是cpu内部存放数据的存储单元
• 时钟提供了脉冲流，所有内部操作在时钟脉冲的触发下进行
• 时钟频率（主频）是决定计算机速度的一个因素

• 计算机6条基本指令
  • MOV A,B ：将B的值复制到A
  • LOAD A,B ：将存储单元B的值复制到寄存器A中
  • STORE A,B ：将寄存器B的值复制到存储单元A中
  • ADD A,B ：A与B相加，结果保留在A中
  • TEST A ：测试A的值是否为0
  • BEQ Z ：若最后一次测试结果为TRUE，执行地址Z处的代码，否则继续执行

体系结构和组成

• 寄存器是用来存放一个单位的数据或字数据的存储单元。存储器通常用它所保存数据的位数来描述，例如8位，16位，64位等
• 寄存器与存储器的差别
  • 寄存器位于CPU内
  • 寄存器访问速度远大于CPU外的存储器
• 计算机体系结构（程序员视角）的抽象结构：指令体系结构（ISA）
• 计算机组成是计算机体系结构的实例化
• 机器码（01串）在不同类型的计算机不同，高级语言必须先编译成本地机器码

计算机的发展

• 乱序执行：改变指令的执行顺序提高计算机速度

存储程序计算机

• 游程计数器计算01串

存储程序的计算机

• 信息进入或离开存储器的位置（或计算机的其他功能部分）：端口
• RTL（概念寄存器传输语言）解决了文字描述计算机操作的不方便

 

存储程序的概念

• 指令：operation（操作码） Address1,Address2,Address3（操作数）

• 两地址指令：Operation Address1,Address2。Address1既是源操作数，也是目的操作数。
• 单地址指令：Operation Address
  • 第二个操作数来自CPU内一个叫做累加器的寄存器。（老计算机）
• 存储器-存储器（Intel corei7等），寄存器-存储器，寄存器-寄存器（ARM）（attention!）

计算机系统概览

存储层次

• Cache系统与计算机的地址总线和数据总线相连，监听CPU与存储器之间的事物
• Cache三级分类
  • L1（一级）cache是CPU的一部分
  • L2cache
  • L3cache

总线

• 仲裁：多个设备竞争同一资源（图中是总线）
• 仲裁器：解决仲裁问题的部件
• 总线术语
  • 宽度：并行数据通路的数量（一条64位宽的总线一次能传输64位（8个字节）信息）
  • 带宽：信息在总线上的传输速率，单位：B/s,b/s。增加宽度可提高带宽
  • 延迟：发出数据请求到实际数据传输的时间间隔。总线延迟包括传输开始前进行总线仲裁的时间