計算機設計基本原理知識

通常我們所說的電腦就是指計算機，今天電腦百事網與大家一起分享一些入門電腦知識，希望對學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學科，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現是三個不同的概念。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現;計算機實現是計算機組成的物理實現。

3. 計算機系統結構的分類

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

(2) 按用途可分為科學計算、事務處理、實時控制、家用等。

(3) 按處理機個數和種類，可分為單處理機、多處理機、并行處理機、關聯處理機、超標量處理機、超流水線處理機、SMP(對稱多處理機)、MPP(大規模并行處理機)、機群系統等。

(4) Flynn分類法。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：

¨ 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)馮氏分類法。提出用最大并行度對計算機系統結構進行分類。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)漢德勒分類法。根據并行度和流水線提出的分類方法。

4. 計算機系統設計者的主要任務

(1) 確定用戶對計算機系統的功能、價格和性能的要求。

(2) 軟硬件的平衡。

(3) 設計出符合今后發展方向的系統結構。

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) 由中間開始(middle-out)設計。

6. 系統結構的評價標準

(1) 用基準測試程序來測試評價機器的性能。

(2) 成套的基準測試程序。

(3) 程序執行時間

(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間的比例有關。

Fe表示(改進前可改進部分占用的時間)/(改進前整個任務的執行時間)，Se表示(改進前改進部分的執行時間)/(改進后改進部分的執行時間)，則：

改進后的整個任務的執行時間為：

, 其中 為改進前的整個任務的執行時間。

改進后的整個系統加速比為：

(3)CPU性能公式。

CPU時間=CPU時鐘周期數/頻率;

CPU時間=CPU時鐘周期數*時鐘周期長;

平均時鐘周期數CPI=CPU時鐘周期數/IC(指令的條數);

CPU時間=(IC*CPI)/頻率f;

(4)訪問的局部性原理。

時間局部性、空間局部性。

8.馮o諾依曼計算機的特征可概括為：

(1) 存儲器是字長固定的、順序線形編址的一維結構。

(2) 存儲器提供可按地址訪問的一級地址空間，每個地址是唯一定義的。

(3) 由指令形式的低級機器語言驅動。

(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系都由控制器集中控制。