文档介绍：《计算机组成原理》部分
【考查目标】
1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念。
2. 理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件之间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析,并能对一些基本部件进行简单设计。
一、计算机系统概述
本章属于计算机组成原理概述部分,内容比较简单,也容易掌握,在考研中没有太难的题目。下面就本章内容,主要部分作以下归纳:
(一)计算机的类型
电子计算机分为两大类:电子模拟计算机和电子数字计算机。
电子数字计算机的主要特点是:按位运算。
数字计算机又可分为专用计算机和通用计算机。
通用计算机又分巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机。
它们的区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等。
计算机的应用范围:社会的各个领域。
(二)计算机发展历程
计算机系统的发展历史如下:
第1代计算机(1946年—1957年):电子管时代;
第2代计算机(1958年—1964年):晶体管时代;
第3代计算机(1965年—1971年):中小规模集成电路时代;
第4代计算机(1972年—1985年):超大规模集成电路时代;
第5代计算机(1986年—至今):巨大规模集成电路时代。
(三)计算机系统层次结构
1. 计算机硬件的基本组成
硬件分为5大部分:控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。
早期运算器和控制器构成计算机的CPU,现在一般还加上CPU内部的Cache共同构成CPU,加入的是第一级Cache,也是存储器中速度最快,容量最小的存储器。
对冯·诺依曼计算机体系结构的特点要有深刻的理解:使用二进制(为何用二进制?)
存储程序,并且按照地址顺序执行。存储程序并按照地址顺序执行是冯•诺依曼计算机设计的关键思想。
2. 计算机软件的分类
计算机软件按照面向对象的不同可分两类:系统软件和应用软件。
系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统。
应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求。
3. 计算机的工作过程
冯·诺依曼计算机特点基本上指出了计算机的工作过程。冯·诺依曼体系结构的基本思想是:存储程址顺序自动执行。首先将指令和数据存储到计算机中,计算机启动后,就能够序取出指令并依次执行,直到程序执行完毕,得到计算结果为止。
冯·诺依曼体系结构计算机包含5个基本部件:输入设备、运算器、控制器和输出设备。运算器进行数据运算和数据变换;控制器为计算机的工作提供统一的时钟,对程序的各基本操作进行时序分相应的控制信号,驱动计算机的各部件有序地完成程序规定的操作内容; 存储器用来存放程序、数据和运算结果;输入瑜出设备则完成相应的输入输出转换。

(1)层次结构。计算机系统是一个复杂的软、硬件结合体,它包含硬件系统和软件系统两部分。它通常由5个不同的级组成,在每一级都能够进行程序设计。由微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级组成,如图所示:
(2)软件和硬件逻辑上的等价性,任何操作可以由软件来实现也可以由硬件来实现。早期主要由软件来实现较复杂的逻辑(硬件软化),现在存在软件硬化的趋势。尤其注意计算机是一个软件和硬件结合的整体系统。固件:把软件刻入ROM,使软件固化,这样得到的一个实体就是固件。
(3)兼容性。兼容性的设计思想实际上就是系列机的概念。在系列机中,新机型要求支持老机型上开发的软件;而且还有硬件上的兼容要求。兼容要求软件和硬件设备能够直接在不同的机型上使用。
计算机系统的层次结构
(四)计算机性能指标
(1)基本字长。基本字长是指参与运算的数的基本长度,它由加法器、寄存器和数据总线的位数决定。字长标志着精度,字长越长,运算精度越高。
(2)主存容量。计算机主存储器所能够存储的信息的全部总量,称为主存容量。以字节数来表示存储容量的计算机称为字节编码计算机;而以字为单位编址的计算机,存储容量等于字数乘以字长。
(3)主频。每台计算机的内部,都有一个不断地产生固定频率时钟脉冲的装置,称为主时钟。主时钟的频率通常是机器的主频率,主频率是衡量一台,-c,蹲机速度的重要参数。
(4)运算速度。运算速度通常反映计算机运算的快慢。对运算速度的衡量有以下几种方法:
根据不同类型指令在计算过程中出现的频率乘上不同的系数,求得统计平均值,这时所指的运算速度是平均运算