计算机组成原理:发展历史与CPU执行时间解析
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更新于2024-06-19
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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。
2023-05-24 上传
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