计算机组成原理：发展历史与CPU执行时间解析

计算机组成原理是理解计算机工作基础的关键领域，涵盖了计算机硬件的基本构造和原理。第一章通常会介绍计算机的基本架构和历史发展。 1. 计算机的发展历程： - 电子管时代（1946-1958）：这是计算机的早期阶段，计算机体积大、能耗高、速度慢。 - 晶体管时代（1958-1964）：晶体管的引入显著提高了计算机的速度和效率，降低了成本。 - 集成电路时代（1965-1972）：集成电路使得大量晶体管可以集成在单一芯片上，进一步缩小了计算机的尺寸。 - 微型机时代（1971-1986）：个人电脑的出现，使计算机走进普通家庭。 - 巨大规模集成电路时代（1986年以后）：计算机性能的飞速提升，现代计算机拥有极高的计算能力和存储能力。 2. 计算机的基本结构： - 运算器：负责执行基本的算术和逻辑运算。 - 控制器：控制整个计算机系统的操作，包括指令的读取和执行。 - 存储器：分为内存（RAM）和外存（硬盘等），存储程序和数据。 - 输入设备：如键盘、鼠标，用于输入数据和指令。 - 输出设备：如显示器、打印机，将处理结果呈现给用户。 3. 主频与时钟周期： - 主频（f）是CPU的运行速度，等于1除以时钟周期（T）。 - CPU执行时间（CPU执行时间 = CPU时钟周期数 × CPU时钟周期）。 4. 计算指标： - CPI（每条指令周期数）：衡量执行一条指令所需的平均时钟周期数。 - MIPS（每秒百万指令数）：衡量计算机的执行速度，表示单位时间内能执行的指令数量。 - MFLOPS（每秒百万次浮点操作次数）：在科学计算中，衡量浮点运算能力的重要指标。 5. 计算问题示例： - 通过主频计算时钟周期，例如A机的CPU周期为1/8MHz=0.125μs。 - 利用MIPS计算平均指令周期，如A机的平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5μs。 6. 计算机性能参数： - 科学计算计算机的主要性能指标通常是MFLOPS，因为它们涉及大量的浮点运算。 - 操作系统负责管理计算机的软件和硬件资源。 - 计算机的发展时代通常根据使用的电子器件来划分。 - 计算机的硬件能直接识别的语言是机器语言，即二进制代码。 这些基础知识构成了计算机组成原理的基础，对于理解计算机的工作原理和性能评估至关重要。