計算機設計基本原理知識

通常我們所說(shuō)的電腦就是指計算機，今天電腦百事網(wǎng)與大家一起分享一些入門(mén)電腦知識，希望對學(xué)習電腦的朋友有所幫助。

1. 計算機系統由硬件和軟件組成，按功能劃分為多級層次結構。

2. 計算機系統結構作為一門(mén)學(xué)科，主要是研究軟件、硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成。計算機系統結構，計算機組成和計算機實(shí)現是三個(gè)不同的概念。計算機系統結構是計算機系統的軟硬件的界面;計算機組成是計算機系統結構的邏輯實(shí)現;計算機實(shí)現是計算機組成的物理實(shí)現。

3. 計算機系統結構的分類(lèi)

(1) 通常把計算機系統按照其性能和價(jià)格的綜合指標分為巨型、大型、中型、小型、微型等。

(2) 按用途可分為科學(xué)計算、事務(wù)處理、實(shí)時(shí)控制、家用等。

(3) 按處理機個(gè)數和種類(lèi)，可分為單處理機、多處理機、并行處理機、關(guān)聯(lián)處理機、超標量處理機、超流水線(xiàn)處理機、SMP(對稱(chēng)多處理機)、MPP(大規模并行處理機)、機群系統等。

(4) Flynn分類(lèi)法。按照指令流和數據流的不同組織方式，將計算機系統結構分為以下四類(lèi)：

¨ 單指令流單數據流SISD(Single Instruction stream Single Datastream )

¨ 單指令流多數據流SIMD(Single Instruction stream Multiple Datastream )

¨ 多指令流單數據流MISD(Multiple Instruction stream Single Datastream )

¨ 多指令流多數據流MIMD(Multiple Instruction stream Multiple Datastream )

(5)馮氏分類(lèi)法。提出用最大并行度對計算機系統結構進(jìn)行分類(lèi)。分為：

¨ 字串位串WSBS(Word Serial and Bit Serial)

¨ 字并位串WPBS(Word Parallel and Bit Serial)

¨ 字串位并WSBP(Word Serial and Bit Parallel)

¨ 字并位并WPBP(Word Parallel and Bit Parallel)

(6)漢德勒分類(lèi)法。根據并行度和流水線(xiàn)提出的分類(lèi)方法。

4. 計算機系統設計者的主要任務(wù)

(1) 確定用戶(hù)對計算機系統的功能、價(jià)格和性能的要求。

(2) 軟硬件的平衡。

(3) 設計出符合今后發(fā)展方向的系統結構。

5. 計算機系統設計的主要方法

(1) 由下往上(bottom-up)設計。

(2) 由上往下(top-down)設計。

(3) 由中間開(kāi)始(middle-out)設計。

6. 系統結構的評價(jià)標準

(1) 用基準測試程序來(lái)測試評價(jià)機器的性能。

(2) 成套的基準測試程序。

(3) 程序執行時(shí)間

(4) MIPS(Million Instructions Per Second)

MIPS = =

(5) MFLOPS(Million FLoating point Operations Per Second)

MFLOPS =

7. 計算機系統設計的定量原理

(1) 加快經(jīng)常性事件的執行速度(Make the common case fast)。

(2) Amdahl定律：系統中某一部件由于采用某種更快的執行方式后整個(gè)系統性能的提高與這種執行方式的使用頻率或占總執行時(shí)間的比例有關(guān)。

Fe表示(改進(jìn)前可改進(jìn)部分占用的時(shí)間)/(改進(jìn)前整個(gè)任務(wù)的執行時(shí)間)，Se表示(改進(jìn)前改進(jìn)部分的執行時(shí)間)/(改進(jìn)后改進(jìn)部分的執行時(shí)間)，則：

改進(jìn)后的整個(gè)任務(wù)的執行時(shí)間為：

, 其中 為改進(jìn)前的整個(gè)任務(wù)的執行時(shí)間。

改進(jìn)后的整個(gè)系統加速比為：

(3)CPU性能公式。

CPU時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數/頻率;

CPU時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數*時(shí)鐘周期長(cháng);

平均時(shí)鐘周期數CPI=CPU時(shí)鐘周期數/IC(指令的條數);

CPU時(shí)間=(IC*CPI)/頻率f;

(4)訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理。

時(shí)間局部性、空間局部性。

8.馮o諾依曼計算機的特征可概括為：

(1) 存儲器是字長(cháng)固定的、順序線(xiàn)形編址的一維結構。

(2) 存儲器提供可按地址訪(fǎng)問(wèn)的一級地址空間，每個(gè)地址是唯一定義的。

(3) 由指令形式的低級機器語(yǔ)言驅動(dòng)。

(4) 指令是執行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執行，程序分支由轉移指令實(shí)現。

(5) 以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器之間的數據傳送都途經(jīng)運算器。運算器、存儲器、輸入輸出設備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控制器集中控制。