系统架构设计师—计算机基础篇—计算机体系结构

文章目录

• 计算机硬件
• • 分级存储体系
  • • 目的
    • 特点
  • 硬件组成
  • • CPU
    • • 运算器
      • 控制器
    • 主存储器
• 指令系统
• • 流水线
• 内存按字节编址
• 磁盘阵列

计算机硬件

分级存储体系

• 寄存器组（CPU）
• Cache（内存）
• 主存
• Flash（外存/辅存）

目的

解决存储的容量、价格和速度之间的矛盾。

特点

接近CPU的存储器，容量更小、速度更快、成本更高。

接近辅存的存储器，容量更大、速度更慢、成本更低。

硬件组成

CPU

CPU分为运算器和控制器。

运算器

• 累加寄存器AC，为ALU提供工作区。
• 算数逻辑单元ALU，执行运算。
• 状态条件寄存器PSW，运算过程的异常中断响应。

控制器

• 控制单元CU，执行控制。
• 指令译码器ID，指令翻译。
• 指令寄存器IR，用来存放下一条执行的指令。
• 程序计数器PC，用来存放下一条执行的指令在内存单元的地址。

主存储器

• 地址寄存器（MAR），存放地址和指令关联关系。
• 数据缓冲寄存器（MDR），存放数据。

集成到CPU，命名移除M。

指令系统

特点	复杂指令系统（CISC）	精简指令系统（RISC）
指令要求	指令数量多、种类多，长度不固定。	指令种类少，长度固定。
寻址方式	寻址方式丰富。	寻址方式少。
实现方式	与主存直接交互，微程序空值。	用硬布线逻辑控制。流水线技术。与寄存器交互。
编译	编译复杂。	优化的编译器。

流水线

5级流水线结构：取指令、分析指令、取操作数、运算、写会结果。分别用5个子部完成。

• 流水线周期=流水线执行周期最长的一段的耗时
• 最大吞吐率=流水线周期的倒数
• 不使用流水线总耗时（串行执行时间）=流水线指令总耗时×n
• 使用流水线总耗时（并行执行时间）=流水线指令总耗时 + (n-1)×流水线周
• 加速比=不使用流水线总耗时/使用流水线总耗时
• 吞吐率=指令条数/使用流水线总耗时

内存按字节编址

8K×4b的存储器芯片，构成84000H到8FFFFH的内存，共需几片。

按4bit编址为一个数据位。

1字节=8bit=2片。

8FFFF-84000+1

=90000-84000

=C000

=12*16^3

=3*2^2*212

=3*2^14

=3*2^4*1K

=48K

(48K×8bit)/(8K×4bit)=12

磁盘阵列

容量=(n-1)*最小容量的磁盘容量

其中一块磁盘，存放校验信息。