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第一章——概论 - AlgosEng

计算机基本概念

逻辑模块:输入设备、控制器、运算器、存储器、输出设备
存储程序工作方式:编制程序、存储程序、自动连续执行程序、输出结果
计算机分类

  1. 模拟计算机(由模拟运算器构成,处理连续模拟量)、数字计算机(由数字逻辑器件构成,处理离散数字量)
  2. 专用机、通用机
  3. 巨型机、大型机、小型机、微型机

计算机发展历程

计算机之父——约翰·冯·诺伊曼
电子管-》晶体管-》中小规模集成电路-》大规模集成电路

系统硬件组成

  1. CPU:运算器和控制器等组成,运算器由以全加器为核心的ALU构成,是主要执行部件;控制器根据指令、状态和时序信号,通过微命令发生器产生精确的微命令序列,从而协调全机各部件完成指令执行
  2. 存储器:存储单元(在存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路,组成一个存储单元)、存储地址、存储容量、内存储器、外存储器
  3. I/O设备
  4. 总线:数据、地址、控制
  5. 接口:连接主机与外设,具有缓冲、转换、连接等功能

典型架构:
南-北桥架构:

  1. CPU通过 FSB(前端总线,Front Side Bus) 与北桥相连。
    FSB是CPU与北桥之间传输数据的主要通道,决定CPU访问内存和高速设备的速度。
    在早期系统中,FSB频率直接影响整机性能。

现代CPU已将内存控制器、PCI-E控制器等集成进CPU内部,不再依赖FSB,因此北桥功能逐渐被CPU吸收。

  1. 北桥连接高性能设备,包括主存、显卡、输出接口如 HDMI、DVI、VGA 也由北桥支持。通过DMI与南桥通信,替代旧式PCI总线。
  2. 南桥连接各种IO设备

多处理器架构:多个CPU通过QPI高速联通,共同访问内存
集群式架构
多处理机系统结构:用多处理器CPU构成,分为紧密偶合型(有全局主存,多CPU+LM组)和松散偶合型(多计算节点,无全局主存)
软件系统:系统程序、应用程序
软件:易于实现各种逻辑和运算功能,但易受到速度指标和软件容量的制约
硬件:可以高速实现逻辑运算功能,但难以实现复杂功能或计算,受到控制复杂性指标制约

计算机性能指标

  1. 基本字长:一次数据操作的基本位数
  2. 外频:也叫基频,系统时钟频率
  3. 主频:外频 * 倍频系数
  4. IPS:每秒执行指令数
  5. CPI:每条指令所需时钟周期数
  6. FLOPS:每秒执行浮点运算次数
  7. CPU功耗:CU^2f(负载电容、工作电压、工作频率)
  8. 数据传输率:带宽

计算PCI-E总线的带宽时,一般还要考虑到编码方式、单双工模式和通道路数

  1. 主存容量:可编址存储单元个数 * 存储单元位宽
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