微型计算机系统导论

1.计算机系统 计算机系统

• cpu：微处理器称为cpu，是计算机的核心。

  
  cpu结构

cpu模型.jpg

• 内存储器：
    1.存取速度快，容量相对小
    2.内存按单元组织，每个单元都对应唯一的地址
    3.每个单元存放一个字节（1Byte）数据（8位2进制数）
    4.内存单元个数称为内存容量
  -按工作方式可分为：随机读取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）

基本概念：
（1）位（Bit）:二进制信息的最小单位（0或1）
（2）字节（Byte）：由8位2进制数组成，可以存放在一个内存单元。字节是字的基本单位。
（3）字（Word）:计算机中作为一个整体来处理和运算的一组二进制数，是字节的整数倍。通常它与计算机内部的寄存器、算术逻辑单元、数据总线的宽度相一致。每个字包括的位数称为计算机的字长，是计算机的重要性能指标。目前为了方便表示1个字定义为16位，把一个双字定义为32位。
（4）内存容量：内存中存储单元的总数，通常以字节为单位，1024（）字节记做1KB，（）字节记做1MB，
（5）内存单元地址：为了识别不同单元，每个单元都附有一个编号，这个编号称为内存单元地址。【各内存单元的地址与该内存放在的内容是两个完全不同的概念。】

• 有关存储容量的术语：
      -存储容量：存放的数据量（用字节表示）
      -对存储器的操作（进行信息交换）：
          读：（非破坏性）将内存单元内容取入cpu，原来内容不变（复制一份给cpu）
          写：（破坏性）cpu将信息放入内存单元，单元原来的数据被覆盖。

• I/O接口：
    1.接口是cpu与外部设备的桥梁
    2.主要功能：
      -数据缓冲寄存
      -信号电平或类型的转换
      -实现了主机和外设间的匹配

• 总线：
      -是一组导线和相关的控制，驱动电路的集合。
      -是计算机系统各个部件之间传输地址，数据和控制的信息。
  地址总线AB（Address Bus）：在对存储器或I/O端口进行访问时，传送由CPU提供的要访问的内存单元或I/O端口的地址信息，以便选中要访问的内存单元或I/O端口。AB是单向总线。
  数据总线DB（Date Bus）:从存储器中取指令或读写操作数，对I/O端口进行读写操作时，指令码或数据信息通过数据总线送往CPU或由CPU送出。DB是双向的。
  控制总线CB（Control Bus）：各个控制信息或状态信息通过控制总线由CPU送给有关部件，或者从有关部件送往CPU。CB中每根线传送方向是一定的，下图CB作为整体就用双向表示。

  
  

• 外存储器：脱机外存：各种移动存储设备
                    联机外存：硬磁盘

• 外部设备：所有可以通过输入输出设备与计算机进行信息交换的设备【能与计算机进行信息交换，但不能直接与cpu进行信息交换】

• 软件：进行运行、管理和维护计算机系统或实现，某一功能而编写的各种程序综合和相关资料

  
  软件系统

2.微机计算机的工作的一般原理：

-计算机的工作就是执行程序。
-程序是指令的序列（指令：0/1机器语言，由人像计算机发出的，能够为计算机所识别的命令）
-计算机的工作是逐条执行由指令构成的程序。

cpu操作过程

3可能不需要取操作数，如果取的指令是cpu是对自己进行操作，就无需取操作数，也不需要再存放结果所以1.2.4是核心步骤
--- 读取指令的工作过程：

读取指令工作过程

顺序执行：执行时间=取指令+分析指令+执行指令（假设都为δt ，n条指令T=3nδt）
并行执行：只有第一个执行时间t=执行时间=取指令+分析指令+执行指令（3δt），其余为t=(n-1)δ所以n条命令时间为T=3δt+(n-1)δt

image.png
相对于顺序执行，指令并行执行的优势用加速比S来表示，S=顺序执行花费的时间/并行执行花费的时间。（例如：S=3nΔt /（3Δt+(n-1)Δt ）= -3n/(n+2)）
[现在cpu都采用流水线工作方式]

3.冯诺依曼计算机

1.以二进制形式表示指令和数据
2.程序和数据事先存储在存储器中，计算机在工作时能够高速的从内存中取出指令并执行。
3.由运算器、控制器、存储器、输入输出设备等五大部件组成的计算机硬件系统。