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计算机组成结构
软件可靠性指的是一个系统对于给定的时间间隔内、在给定条件下无失效运作的概率。根
据定义,软件可靠性与软件的潜在错误的数量、位置有关,与软件产品的使用方式有关,而软
件产品的开发方式不决定软件产品的可靠性。
与可靠性相关的概念主要有:平均无故障时间、平均故障修复时间以及平均故障间隔时间、
失效率等。
1、Cache
由于在 CPU 与存储系统之间存在着数据传送带宽的限制,因此在其中设置了 Cache(高速
缓冲存储器,简称高速缓存,通常速度比内存快),其改善系统性能的主要依据是程序的局部
性原理。通俗地说,就是一段时间内,执行的语句常集中于某个局部。以提高整体效率。但由
于其成本更高,因此 Cache 的容量要比内存小得多。
Cache 是一个高速小容量的临时存储器,可以用高速的静态存储器(SRAM)芯片实现,
可以集成到 CPU 芯片内部,或者设置在 CPU 与内存之间,用于存储 CPU 最经常访问的指令或
者操作数据。Cache 的出现是基于两种因素:首先是由于 CPU 的速度和性能提高很快而主存速
度较低且价格高,其次是程序执行的局部性特点。因此,才将速度比较快而容量有限的 SRAM
构成 Cache,目的在于尽可能发挥 CPU 的高速度。很显然,要尽可能发挥 CPU 的高速度,就必
须用硬件实现其全部功能。Cache 位于处理器与主存之间,一般又分为多级。处理器给出需要
访问的内存地址后,首先访问 Cache,若不命中,再访问主存。Cache 与主存之间的地址映射
由硬件自动完成,以保证高的处理速度。
从 Cache-主存层次实现的目标看,一方面既要使 CPU 的访存速度接近于访 Cache 的速度,
另一方面为用户程序提供的运行空间应保持为主存容量大小的存储空间。在采用 Cache-主存层
次的系统中,Cache 对用户程序而言是透明的,也就是说,用户程序可以不需要知道 Cache 的
存在。因此,CPU 每次访存时,依然和未使用 Cache 的情况一样,给出的是一个主存地址。但
在 Cache-主存结构中,CPU 首先访问的是 Cache,并不是主存。为此,需要一种机制将 CPU 的
访主存地址转换成 Cache 地址,这个处理过程对速度要求非常高,因此其是完全由硬件来完成
的。由于 Cache 为高速缓存,存储了频繁访问内存中的数据,因此它与 Cache 单元地址转换的
工作需要稳定而且高速的硬件来完成。
1、CPU
CPU 是计算机的控制中心,主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。计
算机中的 CPU 是硬件系统的核心,用于数据的加工处理,能完成各种算术、逻辑运算及控制功
能。
2.1 运算器
运算器负责完成算术、逻辑运算功能,通常由 ALU(算术/逻辑单元)、寄存器、多路转换
器、状态/条件寄存器、数据总线组成;
2.2 控制器
控制器(ControlUnit):是中央处理器的核心,主要功能就是统一指挥并控制计算机各部
件协调工作,所依据的是机器指令。其实就是向计算机其他部件发送控制指令。控制器的组成
包含程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器、时序产生器、微操作控制信号形成部
件(PSW)和中断机构。它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操
作。它的主要功能:从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置;对指令进行
译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作;指挥并控制 CPU、内存和输