计算机组成原理（一）

冯-诺依曼体系结构

• 任何一台计算机的任何一个部件都可以归到运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备中，现代计算机的就是基于这个基础架构来设计开发的

  
  冯诺依曼体系结构图

从性能看CPU的发展历程

响应时间(Response Time)

就是计算机执行一个程序或处理一个请求使用的时间

吞吐率

就是单位时间内计算机执行程序或处理请求的个数

性能 一般定义成响应时间的倒数 1/响应时间

用时间衡量性能的两个问题

1. CPU执行一个程序的时候一般都不是一次就执行完成，而是不断地在各个程序之间切换，甚至对于同一个程序的执行，经常会请求网络和IO资源等会不断从用户态和内核态之间切换。

• real Time 执行程序时总共消耗的时间
• user Time 用户态空间时间
• sys Time 内核态空间时间

真正的执行程序时间 = user Time + sys Time

2. CPU执行程序时可能是满载运行也可能是降频运行，也不能直接得出性能

计算机的计时单位 ---CPU时钟

1. 对程序的执行时间做进一步拆分

• 程序的CPU执行时间 = 程序的CPU时钟周期数 * 时钟周期时间(Clock Cycle Time)

理解时钟周期 CPU 内部，和我们平时戴的电子石英表类似，有一个叫晶体振荡器（Oscillator Crystal）的东西，简称为晶振。我们把晶振当成 CPU 内部的电子表来使用。晶振带来的每一次“滴答”，就是时钟周期时间。主频越高这个时钟周期越快，增加主频可以提高时钟周期

2. 对程序的CPU时钟周期数做进一步拆分

• 每条指令的平均时钟周期数（Cycles Per Instruction，简称 CPI）
• 程序的CPU时钟周期数 = 指令数 * CPI
• 程序的CPU执行时间 = 指令数 * CPI * Clock Cycle Time

推论得到提高CPU性能的方式

• 提升CPU时钟周期时间，也就是想办法提高计算机的主频（著名的摩尔定律）
• 减少每条指令的平均CPU时钟周期时间，如CPU的流水线设计等
• 减少指令数，也就是提高代码质量