计算机组成原理考研辅导电子教案1

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1、计算机组成原理目录第一章计算机系统概论第二章计算机的发展及应用第三章系统总线第四章存储器第五章输入输出系统第六章计算机的运算方法第七章指令系统第八章CPU的结构和功能第九章控制单元的功能第十章控制单元的设计第一章计算机系统概论1.1计算机系统简介一、计算机软、硬件的概念1.计算机系统（1）（2）（3）2.计算机的解题过程如图（3）所示。二、计算机系统的层次结构（4）（5）（6）三、计算机体系结构和计算机组成如图（6）所示。1.2计算机的基本组成83二、计算机硬件框图三、计算机的工作步骤2.计算机的解题过程83（1）运算器的基本组成及操作过程（2）存储器的基本组成（3）

2、控制器的基本组成（4）主机完成一条指令的过程（以取数指令为例）83（5）程序的运行过程①将程序通过输入设备送至计算机；②程序首地址→PC；③启动程序运行；④取指令PC→MAR→M→MDR→IR，（PC）+1→PC；⑤分析指令OP（IR）→CU；⑥执行指令Ad（IR）→MAR→M→MDR→ACC；⑦…；⑧打印结果；⑨停机。1.3计算机硬件的主要技术指标83第一章计算机系统概论【核心考点】一、数字计算机的基本组成1.了解冯•诺依曼型计算机的五大基本组成部分2.了解各大部件的主要功能和相关的概念：算术逻辑单元ALU、存储器、字节、字、地址、指令、程序、CPU、主机、总线二、

3、计算机层次结构1.了解软件的概念、分类、与硬件的关系2.了解计算机语言的类型和概念3.掌握虚拟机、透明、操作系统、兼容、机器语言、汇编语言、高级语言、应用语言、编译程序、汇编程序三、计算机系统结构与性能评价1.了解计算机组成与计算机系统结构的概念2.了解计算机系统性能评价的有关概念【注释】这一章是计算机组成原理的整体概括介绍，需要识记和了解的内容比较多，虽不是考查的重点，但和其它内容联合起来也可能出较大的题目。比如：性能指标部分。Amdahl定律l阿姆达耳（Amdahl）提出了一个反映部件速度与系统整体性能关系的定律。lAmdahl指出：系统中对某一个部件采用某种更快

4、执行方式所能获得的系统整体性能改进程度，取决于这种执行方式被使用的频率，或所占总执行时间的比例。阿姆达耳（Amdahl）定律:若以To表示采用增强功能措施之前完成某一任务所需的时间，而以Te表示采用某种增强功能措施后完成同一任务所需时间。以fe表示可采取增强功能措施部分的使用频度（0≤fe≤1），而依re表示采用增强功能措施比不采用增强功能可加快执行的倍数。则性能（时间）加速比Sp可用以下公式表示：该公式分母中的1-fe表示不可增强性能部分：显然当fe为0，即没有增强性能的部件时，Sp为1。当re→∞，分母中fe/re→0，此时Sp=1/(1-fe)。因此，可获取性能

5、改善的极限值受fe值的约束。【例题1】某计算机系统采用图形协处理器后使图形运算速度提高到原来的20倍，而系统运行某一程序的速度提高到原来的5倍，问：该程序中图形运算所占的比例。解答：根据Amdahl定律，有5=1/(1-fe+fe/20)。所以fe=16/19=0.8421052631579.计算机系统性能评价吞吐率和响应时间是考量一个计算机系统性能的两个基本指标。吞吐量表示在单位时间内所完成的工作量。在有些场合下，吞吐率也称为带宽。响应时间也称为执行时间（execution）或等待时间（latency），是指从作业提交开始到作业完成所花的时间。一个程序的响应时间除了

6、程序包含的指令在CPU上执行所花的时间外，还包括磁盘访问时间、存储器访问时间、输入输出操作所需时间以及操作系统运行这个程序所花的额外开销等。不同的应用场合计算机用户关心的性能是不同的。一、计算机性能用户感觉到的执行时间分成两部分：CPU时间和其它时间。lCPU时间指CPU真正用在程序执行上的时间，它又包括两部分：（1）用户CPU83时间：指用来运行用户程序代码的时间。（2）系统CPU时间：指为了执行用户程序而需要运行操作系统程序的时间。l其它时间指等待I/O操作完成的时间或CPU用在其它用户程序执行的时间。1、时钟周期计算机执行指令的过程被分成若干步骤和相应的动作来完

7、成，每一步都要有相应的控制信号进行控制，这些控制信号何时发出、作用时间多长，都要有相应的定时信号进行同步。因此，CPU必须能够产生同步的时钟定时信号，也就是CPU的主脉冲信号，其宽度为时钟周期。2、时钟频率（clockrate，主频）CPU主频就是CPU中的主脉冲信号的时钟频率，是时钟周期的倒数。3、CPI（cyclesperinstruction）CPI表示执行指令所需的时钟周期数。由于不同指令的功能不同，所需的时钟周期数也不同。因此对于一条特定指令而言，其CPI指执行该条指令所花的时钟周期数，此时CPI是一个确定的值；对于一个程序或一台机器来说，