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[软考]计算机系统基础——计算机组成

这是个计算机技术与软件专业技术资格考试中级(软件设计师)软考的系列学习笔记,大概一天一更,持续2个月左右。
摘要

这是个软考中级(软件设计师)的系列学习笔记,大概一天一更,持续2个月左右。啥是软考?即计算机技术与软件专业技术资格考试,分成高级,中级,初级。这是个职称考试,计算机类职称是以考代评的。高级考出来就是高级工程师,中级考出来就是工程师,初级考出来是助理工程师。职称有啥用?我考的目的跟留在魔都有关。根据目前上海的落户政策,居住证满7年,取得中级以上职称,无犯罪记录的可以参加落户排队(大概2016年55W人排队,不足3W人成功落户)。虽然渺茫,就跟买彩票似的,可是不还是得买吗?


一、计算机的组成

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二、CPU的功能:

    1、程序控制功能。CPU通过执行指令来控制程序的执行顺序。

    2、操作控制

    3、时间控制

    4、数据处理。CPU最根本的任务。

三、CPU的组成

    1、运算器,也称算数逻辑单元。完成各种算数运算和逻辑运算

        a、算数逻辑单元ALU:数据的算数运算和逻辑运算

        b、累加寄存器AC:通用寄存器,为ALU提供一个工作区,用在暂存数据

        c、数据缓存寄存器DR:写内存时,暂存指令或数据

        d、状态条件寄存器PSW:存储状态标志与控制标志。


    2、控制器,控制器是分析和执行指令的不见,也是统一指挥并控制计算机各不见协调工作的中心部件。

        a、程序计数器PC:存储下一条要执行指令的地址

        b、指令寄存器IR:存储即将执行的指令

        c、指令译码器ID:对指令中的操作码字段进行分析解释

        d、地址寄存器AR:用来保存CPU所访问的内存单元的地址。

        e、时序不见:提供时序控制信号


四、Flynn分类

    非冯诺依曼式的分类方法Flynn分类:根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类。    

    指令流:指机器执行的指令序列。

    数据流:指由指令调用的数据序列,包括输入数据和中间结果,但不包括输出数据源。

    

    1、单指令流单数据流(SISD):就是传统的顺序执行的单处理器计算机,其指令部件每次只对一条指令进行译码,并支队一个操作部件分配数据

    2、单指令流多数据流(SIMD):以并行处理机(矩阵处理器)为代表,并行处理机包括多个重复的处理单元,由单一指令部件控制,按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同数据。

    3、多指令流单数据流(MISD):具有n个处理单元,按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。这类系统实际上很少见到。

    4、多指令流多数据流(MIMD):指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统,如多核处理器、多处理机属于MIMD


五、指令系统   

    1、复杂指令系统(CISC)的特点:

        a、指令数量众多。指令系统拥有大量的指令,通常有100-250条。

        b、指令使用频率相差悬殊。最常用的是一些比较简单的指令,仅占指令总数的20%,但在程序中出现的频率却占80%。多大部分复杂指令却很少使用。

        c、支持很多种寻址方式。支持的寻址方式通常为5-20种。

        d、变长的指令。指令长度不是固定的,变长的指令增加指令译码电路的复杂性。


    2、精简指令系统(RISC)的特点:

        a、指令数量少,优先选取使用频率最高的一些简单指令和一些常用指令。避免使用复杂指令。只提供了LOAD(从存储器中读数)和STOREBA (把数据写入存储器)两条指令对存储器操作,其余所有的操作都在CPU喝寄存器之间进行。

        b、指令的寻址方式少。通常只支持寄存器寻址方式、立即数寻址方式和相对寻址方式。

        c、指令长度固定,指令格式种类少。因为RISC指令数量少、格式少、相对简单,其指令长度固定,指令之间各字段的划分比较一致,译码相对容易。

        d、以硬布线逻辑控制为主。为了提高操作的执行速度,通常采用硬布线逻辑来构建控制器。

        e、但指令执行方式,采用流水线技术。因为简化了指令系统,很容易利用流水线技术,使得大部分指令都能在一个机器周期内完成。少数指令可能会需要多周期,例如,LOAD/STORE指令因为需要访问存储器,其执行时间就会长一些。

        f、优化的编译器:RISC的精简指令集使编译工作简单化。因为指令长度固定、格式少、寻址方式少,编译时不必在具有相似功能的许多指令中进行选择,也不必为寻址方式的选择而费心,同时易于实现优化,从而可以生成高效率执行的机器代码。

        g、CPU中的通用寄存器数量多,一般在32个以上,有的可达上百个。


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