01 计算机组成原理与体系结构----02计算机结构(上)

简介: 01 计算机组成原理与体系结构----02计算机结构

计算机结构


CPU结构

CPU由运算器和控制器组成

CPU与主存储器构成主机

运算器的组成:

算术逻辑单元 ALU

累加寄存器 AC (通用寄存器)

数据缓冲寄存器 DR

状态条件寄存器 PSW (存储运算过程中的标志位、进位、溢出、中断)

控制器的组成:

程序计数器 PC 记录执行程序下一条指令的位置

指令寄存器 IR

指令译码器

时序部件

寄存器的速度快、效率高

计算机体系结构分类----Flynn

CISC与RISC

CISC 是为了实现某种功能或用途而专门设计

流水线

流水线概念

程序指令执行过程:

取值 -> 分析 -> 执行

流水线计算

流水线周期(△t)为执行时间最长的一段

流水线计算公式:

1条指令执行时间 + (指令条数 - 1)* 流水线周期

理论公式:(t1 + t2 + … + tk)+ (n-1)* △t

实践公式:(k+n-1)* △t

例:

若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分,三部分的时间分别是取指2ns,分析2ns,执行1ns。那么,流水线周期是多少?100条指令全部执行完毕需要的时间是多少?

周期为 2ns

流水线吞吐率计算

流水线加速度比:

流水线的加速度比为不适用流水线所用的时间和使用流水线的时间之比

公式:S=不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间

流水线的效率:

流水线的效率是指流水线的设备利用率

在时空图上,流水线的效率定义为n个任务占用的时空区与k个流水段的总的时空区之比

各个步骤的执行时间越接近,流水线的效率越高

层次化存储结构

Cache不是必须的,但是加了Cache可以提高计算机的运行速度

执行速度越快,存储的空间越小

Cache

访问命中率:

CPU在该存储器中是否可以找到所需的数据,找到即为命中

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