【计算机组成与设计学习笔记】（一）

零、前言

寒假期间，主攻这本书，本笔记的结构按照书本的顺序记录，从框架出发，再到重要细节及自己额外补充的部分，适当加入自己的理解，如有误区，请多多包涵！

一、概述

1.计算机系统的组成

区别于单片机，计算机系统除了CPU芯片、I/O设备等硬件部分，还应该包括软件（操作系统，应用程序）和软硬件接口（最底层控制硬件的部分）。

2.发展简史

20世纪40年代，电子计算机，ENIAC

20世纪50年代，分立的晶体管和磁芯存储器，IBM7000系列和CDC6000系列

20世纪60年代，集成电路计算机，CDC6600和IBM360

20世纪70年代，超大规模集成电路和半导体储存器，IBM390和Intel8086

*摩尔定律

3.计算机指令结构

一些概念：

指令（Instruction），立即数（Immediate）...

种类：

a.整数算术运算和逻辑运算；

b.寄存器与存储器之间的数据传送；

c.条件转移和无条件跳转；

d.子程序调用和返回；

e.浮点运算；

f.I/O访问；

g.系统维护；

以操作个数对指令进行分类：

a.面向通用寄存器或存储器;

b.面向累加器;

c.面向堆栈;

4.CISC和RISC

CISC，即Complex instruction set computer

RISC，即Reduced instruction set computer

区别：

前者指令长度不一，一条指令可实现多个操作，设计CPU时采用微程序（Microprogram）来实现指令，一条指令被分成若干条微指令（Microcode或Microinstruction），不便于实现流水线，但对于具体操作有着具体的指令，提高效率；

后者指令长度规整，指令操作简单，有着Load/Store结构，便于实现流水线；

两者各有利弊，至今互相学习；

二、基本结构

1.RISC CPU的基本结构

RISC指令多采用流水线的方式来执行指令，将指令分解，逐步完成，提高运行效率；

2.多线程和多核

多线程就是并行多个任务，而多核则是有着多个独立的CPU核

3.存储层次和虚拟存储器管理

4.I/O接口和总线

CPU通过I/O接口来访问I/O设备，设置总线来将他们连接。总线有着地址/数据线、读写控制线、同步信号线的功能

三、如何提供性能

1.计算机性能和评价

计算程序实行时间（T）的公式：

T = I X CPI X TPC，

I：被执行的指令的总数；（编译器和体系结构）

CPI：每条指令执行时所需要的平均的时钟周期数；（体系结构和CPU的硬件设计）

TPC：时钟周期的时间长度；（CPU和集成电路）

（）内表示的是从哪个方面去缩小上面的值，而事实上，三个因素互相牵制，而非一个减小，整体减小。

2.高性能计算机和互联网络

分类：

多处理机：共享存储器，又称并行系统。如超级计算机和伺服器。

多计算机：不共享存储器，又称分布式系统。如网格计算及云计算。