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计算机系统概率

  • 知识点:计算机系统硬件组成以及几个典型的性能指标

计算机系统由软件和硬件两大部分组成。二者在逻辑功能上是等效的,即对于一个具体功能,可以用两者进行实现,但是实现成本和速度会有比较大的差别。

硬件组成

现代计算机系统的硬件结构由五个部件组成:运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。而运算器和控制器往往在一个芯片上,即是 CPU。存储器又分为内存储器(主存)和外存储器,CPU+内存为主机系统。

冯·诺伊曼结构:

  • 运算部件: 由运算器(ALU,算术逻辑单元)和通用寄存器组(GPR,暂存运算数据和中间结果)构成。

  • 内存: 内存由大量存储单元组成,构成一个按地址访问的一维线性空间,每个存储单元有一个对于的地址,每个存储单元又可以存放多个二进制位。内存有两个重要的寄存器,地址寄存器 AR 和数据寄存器 DR,在读写操作中发挥作用。

  • 控制器: 由六部分组成。指令寄存器(IR,存放当前正在执行的指令),程序计数器 (PC,存放当前正在执行的指令的地址),指令译码器(译码形成相应的控制信号和后续的指令信息),时钟脉冲(CP,协调计算机各部件操作的同步主时钟,工作频率称为计算机的主频),微操作控制部件。

  • 输入/输出设备

性能指标

  • 主频:衡量计算机工作速度,一秒钟内发出的电子脉冲数(Hz);
  • 运算速度:每秒执行多少次指令(MIPS,百万条指令/秒)或完成多少次浮点运算(MFLOPS,百万次浮点运算/秒);
  • 基本字长:直接参与运算的数据字的二进制位数,标志着运算精度,现在多为 32 位和 64 位;
  • 主存容量:现在通常是 8G,16G;
  • 主存存取周期:对主存连续两次访问所允许的最小时间间隔;
  • 配置的外部设备及其性能指标

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