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(二) 计算机系统层次结构 1. 计算机硬件的基本组成
计算机硬件主要指计算机的实体部分,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分. CPU是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中. 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: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.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,服务程序,数据库管理系统,网络软件)
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
(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程 指令由操作码和操作数组成: 操作码 地址码 操作码指明本指令完成的操作 地址码指明本指令的操作对象
(2)指令的存储 指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中.
(3)指令的读取 为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的寄存器,称为指令地址寄存器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备. (4)执行指令的过程 在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务: 1)取指令阶段 按照程序计数器取出指令,程序计数器加一 2)指令译码阶段 分析操作码,决定操作内容,并准备操作数 3)指令执行阶段 执行操作码所指定内容 (三) 计算机性能指标 1. 吞吐量,响应时间
(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.
(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间. 2. CPU时钟周期,主频,CPI,CPU执行时间 (1) CPU时钟周期:机器主频的倒数,TC
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(2)主频:CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc (3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期 (4)CPU执行时间: TCPU=In×CPI×TC In执行程序中指令的总数
CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数 TC时钟周期时间的长度 3. MIPS,MFLOPS
(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)
Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS×In:执行该程序的总指令数 Rc:时钟周期Tc的到数
MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.
(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second) MFLOPS=Ifn/(Te×
)
Ifn:程序中浮点数的运算次数
MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.
特点：
1. MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况 2. 同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性 当前微处理器的发展重点
①进一步提高复杂度来提高处理器性能 ②通过线程进程级的并发性提高处理器性能 ③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能 ④发展嵌入式处理器 软件开发有以下几个特点 1) 2) 3)
开发周期长 制作成本昂贵
检测软件产品质量的特殊性
)
计算机的展望
一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能 要求计算机的速度达1015/秒 二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制
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芯片集成度受物理极限的制约 按几何级数递增的制作成本 芯片的功耗、散热、线延迟
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