计算机组成原理：六级流水线优化执行效率

"该资源是西华大学2018年计算机组成原理期末复习的PPT，主要讲解了指令的六级流水线执行过程以及计算机系统的基础知识，包括计算机系统概论、硬件组成、存储器、控制器和性能指标等。" 在计算机组成原理中，指令的六级流水线是一种提高处理器效率的技术，它将指令执行过程分为取指（Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）、写回（Write Back）、数据访问（Data Access）和浮点运算（Floating Point Operation）六个阶段。传统的串行执行方式下，完成一条指令可能需要多个时钟周期，而六级流水线通过让不同指令在各阶段并行进行，显著减少了整体的执行时间。例如，如果每个阶段都需要一个时间单位，则串行执行9个阶段的指令需要54个时间单位，但六级流水线可以在6个时间单位内处理多条指令。 计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件主要包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和外存）、输入/输出设备等。CPU又包含运算器（ALU）和控制器（CU），其中运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器则负责指令的取指、译码和执行。冯·诺依曼计算机架构中，存储器按照地址存储指令和数据，并且可以按地址访问，实现存储程序的概念，即程序预先存储在内存中，由控制器自动顺序执行。 存储器是计算机的重要组成部分，由存储体、存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）等组成。存储器有主存和辅存之分，主存用于存放当前运行程序和数据，辅存用于长期存储大量信息。存储器的容量通常以字节为单位，如1KB代表2^10字节，1GB代表2^30字节。 控制器的基本功能包括取指令、分析指令和执行指令，其中PC（程序计数器）存放当前指令地址，IR（指令寄存器）存放正在执行的指令。执行一条指令的时间可以用时钟周期数（CPI）乘以主频（MHz或GHz）来衡量，这被称为MIPS（每秒百万条指令）指标。此外，还有FLOPS（每秒浮点运算次数）用于衡量浮点运算能力。 计算机硬件的技术指标还包括机器字长，它决定了CPU一次能处理的数据位数，通常与寄存器位数有关。运算速度、存储容量（包括主存和辅存容量）也是衡量计算机性能的重要参数。 这个复习资料涵盖了计算机系统的基本组成、工作原理和性能评估，对于理解和掌握计算机组成原理的知识点非常有帮助。