目录

一、计算机发展历程

二、计算机系统层次结构

1.计算机硬件的基本组成

1.1 早期冯诺依曼机的结构

1.2 现代计算机的结构

2.各个硬件的工作原理

2.1 主存储器的基本组成

2.2 运算器的基本组成

2.3 控制器的基本组成

2.4 计算机的工作过程

3.计算机系统的多级层次结构

三、计算机的性能指标

1.存储器的性能指标

2.CPU的性能指标

2.1 CPU时钟周期

2.2 CPU主频（CPU时钟频率）

2.3 CPI

2.4 CPU执行时间（整个程序的耗时）

2.5 IPS

2.6 FLOPS

3.系统整体的性能指标

3.1 数据通路带宽

3.2 吞吐量

3.3 响应时间

3.4 基准程序

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一、计算机发展历程

二、计算机系统层次结构

1.计算机硬件的基本组成

1.1 早期冯诺依曼机的结构

早期冯诺依曼机的基本思想是"存储程序"

“存储程序”的概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束

在计算机体系中，软件和硬件在逻辑上是等效的。

冯诺依曼机的特点：

①计算机由五大部件组成

②指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访

③指令和数据用二进制表示

④指令由操作码和地址码组成

⑤存储程序

⑥以运算器为中心 (输入/输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成) 

1.2 现代计算机的结构

现代计算机：以存储器为中心

CPU=运算器+控制器

2.各个硬件的工作原理

2.1 主存储器的基本组成

2.2 运算器的基本组成

运算器：用于实现算数运算（如：加减乘除）、逻辑运算（如：与或非）

ACC：累加器，用于存放操作数，或运算结果

MQ：乘商寄存器，在乘、除运算时，用于存放操作数或运算结果

X：通用的操作数寄存器，用于存放操作数

ALU：算数逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算

2.3 控制器的基本组成

CU：控制单元，分析指令，给出控制信号

IR：指令寄存器，存放当前执行的指令

PC：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加1功能

2.4 计算机的工作过程

 

①取数a至ACC

②乘b得ab，存于ACC中③加c得ab+c，存于ACC中④将ab+c，存于主单元⑤停机

3.计算机系统的多级层次结构

三、计算机的性能指标

1.存储器的性能指标

 

总容量=存储单元个数×存储字长 bit =存储单元个数×存储字长/8 Byte 

2.CPU的性能指标

2.1 CPU时钟周期

CPU时钟周期是CPU中最小的时间单位，执行指令的每个动作至少需要1个时钟周期 （单位微秒、纳秒）

2.2 CPU主频（CPU时钟频率）

CPU主频是CPU内数字脉冲信号振荡的频率（单位：赫兹、HZ）

2.3 CPI

CPI是执行一条指令所需的时钟周期数。不同的指令，CPI不同；甚至相同的指令，CPI也可能有变化。

执行一条指令的耗时 = CPI×CPU时钟周期

2.4 CPU执行时间（整个程序的耗时）

CPU执行时间（整个程序的耗时）= CPU时钟周期数/主频 =（指令条数*CPI）/主频

2.5 IPS

IPS指的是每秒执行多少条指令（KIPS、MIPS）

IPS = 指令条数/（执行时间×10的多少次方）

2.6 FLOPS

FLOPS指的是每秒执行多少次浮点运算（KFLOPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS）

FLOPS = 浮点操作次数/（执行时间×10的多少次方）

3.系统整体的性能指标

3.1 数据通路带宽

数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数（各硬件部件通过数据总线传输数据）

3.2 吞吐量

吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。

它取决于信息能多快地输入内存，CPU能多快地取指令，数据能多快地从内存取出或存入，以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。

3.3 响应时间

响应时间：指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要的结果的等待时间。

通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间）。

3.4 基准程序

基准程序：指的是用来测量计算机处理速度的一种实用程序，以便于被测量的计算机性能可以与运行相同程序的其它计算机性能进行比较。