- 存储程序计算机采用冯·诺伊曼提出的存储程序思想,其特点有:
- 五大部件:运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备;
- 指令和数据均采用二进制数表示;
- 指令和数据以同等地位存放在存储器中,并可按地址访问;
- 指令由操作码和地址码组成,分别指明操作性质和操作数来源;
- 指令在存储器内按顺序存放。通常顺序执行,也可根据运算结果或特定条件改变执行顺序。
- 机器以运算器为中心。
- 主存储器概述:
- 主存存放正在运行的程序和数据。
- 主存包括存储体,各种逻辑部件,控制电路。
- 存储体由许多存储单元组成,存储单元是有特定存储地址的单元。
- 存储单元包含若干存储元(元件),每个存储元能存储一位二进制代码。
- 控制器概述:
- 计算机的指挥中心,能发出控制命令;
- 由控制单元CU,程序计数器PC,指令寄存器IR,时序逻辑组成。
- 运算器概述:
- 进行数据加工处理;
- 核心是算数逻辑运算单元,还包含一些寄存器。
- 字长相关问题:
- 机器字长:表示CPU能同时处理的数据位数,即数据字长,机器字长=数据通路的宽度=寄存器位数=ALU位数。机器字长越长,数据表示的范围和精度越大,运算速度越快,但造价也越高。通常为2的n次方。
- 存储字长:存储单元的位数,按字节编址时为1字节,按字编址时等于机器字长。
- 指令字长:指令的位数,通常为字节的整数倍,如单字节指令,双字节指令,三字节指令。
- 运算速度指标常用单位:
- MIPS(每秒执行几百万条指令)
- CPI(执行一条指令所需时钟周期数)
- IPC(每个时钟周期能执行的指令数)
- FLOPS(每秒浮点运算次数)
- 存储容量表示方法:
- 按字节编址:存储容量=存储字节数,例如:64KB
- 按字编址:存储容量=存储字数*存储字长,例如:64K*32位
- 寄存器可见性:
- 汇编程序员可见PC,PWS,通用寄存器
- 汇编程序员不可见AR,DR,IR
- 如何理解硬件和软件的逻辑等价性:
- 计算机系统结构中,除了最基本的功能必须由硬件来实现外,其他功能既可以由硬件实现,也可以由软件实现;
- 对某个特定功能来说,软硬件实现的性能是有差异的;
- 通常,硬件实现更快速,但成本高,灵活性差,软件实现反之。
- 将程序和数据存放在同一存储器中的优缺点:
- 优点:主存只有一个地址空间,编程简单,管理容易,空间利用率高;
- 缺点:共享存储器访问总线,会导致传输效率低。
- CPU需要区分指令和数据吗?
- 需要区分,因为对于指令和数据要进行不同的后续操作。前者送IR,译码;后者送数据寄存器,算数逻辑运算;
- CPU通过指令执行的不同阶段进行区分:取指阶段还是执行阶段;
- 也可通过地址来源区分:来自PC还是指令的地址码部分。
- 存储程序计算机中,指令顺序存放的优点:
- 可以方便地按顺序存放,读取,执行;
- 顺序执行时指令寻址可以通过PC自增自动完成;
- 顺序执行时无需给出下地址,课缩短指令长度。
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