1_概述

发表于2025-04-16|更新于2026-06-02|408计组

|总字数:760|阅读时长:2分钟|浏览量:

计算机系统层次结构

计算机系统 = 硬件 + 软件
软件和硬件在逻辑功能上是等价的
冯·洛伊曼计算机以运算器为中心
现代计算机一般以存储器为中心
CPU 和主存构成了主机
MAR 与 MDR 虽然是存储器的一部分，但在现代计算机中却是存在于 CPU 中

翻译程序

编译程序：将高级语言源程序翻译成汇编语言或机器语言（目标代码文件）

看起来可以一次性翻译为机器语言，但事实上仍然依赖于汇编器

汇编程序：将汇编程序转换成机器语言
解释程序：逐行读取和执行高级语言代码，不生成目标代码文件

计算机的性能指标

$s>ms>\mu s>ns>ps$

$K>M>G>T>P>E>Z$

CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数
IPS：每秒执行指令的数量
FLOPS：每秒执行浮点运算的次数
数据通路带宽：外部数据总线一次能并行传送信息的位数，非CPU内部数据总线宽度

名称	定义
机器字长	计算机一次运算所能处理的二进制数据位数
存储字长	主存中一个存储单元的数据位数
指令字长	一条机器指令的总位数

通常机器字长 = 存储字长，这样CPU处理和内存存储可以一一匹配，不浪费
指令字长可以等于、小于或大于机器字长，因为一条指令除了操作码，还可能带多个操作数地址，需要更多位数，但必须都是字节的整数倍

eg. x86是变长指令，最短1字节，最长15字节

习题

CPU执行时间 = 指令条数 * CPI * 时钟周期长度
指令寄存器IR对用户完全透明，状态寄存器、通用寄存器对用户不透明

汇编程序员可以通过JMP指令来设置PC的值。状态寄存器、通用寄存器只有为汇编程序员可见，才能编程，而IR MAR MDR是CPU内部的工作寄存器，对程序员不可见

时钟频率不会影响CPI，但可影响指令执行速度
吞吐率指系统在单位时间内处理请求的数量，是评价计算机系统性能的综合指标
采用并行处理技术是设计高性能计算机的重要途径
字长也是评价计算机性能的指标
字长与运算精确度密切相关

机器字长越长，数据的位数越多，定点数或浮点数所表示及运算的精度就越高

$IPS = Clock Speed \div Average\,CPI$

文章作者: Angelysss

文章链接: https://angelysss.github.io/2025/04/16/obsidian/408/%E8%AE%A1%E7%BB%84/1_%E6%A6%82%E8%BF%B0/

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