電腦知識：計算機設計基本原理知識

通常我們所說的電腦就是指計算機，今天電腦百事網(wǎng)與大家一起分享一些入門電腦知識，希望對學習電腦的朋友有所幫助。

1. 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成，按功能劃分為多級層次結構。

2.計算機系統(tǒng)結構作為一門學科，主要是研究軟件、硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成。計算機系統(tǒng)結構，計算機組成和計算機實現(xiàn)是三個不同的概念。計算機系統(tǒng)結構是計算機系統(tǒng)的軟硬件的界面；計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)；計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。

3. 計算機系統(tǒng)結構的分類

(1) 通常把計算機系統(tǒng)按照其性能和價格的綜合指標分為巨型、大型、中型、小型、微型等。

(2) 按用途可分為科學計算、事務處理、實時控制、家用等。

(3)按處理機個數(shù)和種類，可分為單處理機、多處理機、并行處理機、關聯(lián)處理機、超標量處理機、超流水線處理機、SMP（對稱多處理機）、MPP（大規(guī)模并行處理機）、機群系統(tǒng)等。

(4) Flynn分類法。按照指令流和數(shù)據(jù)流的不同組織方式，將計算機系統(tǒng)結構分為以下四類：

¨ 單指令流單數(shù)據(jù)流SISD（Single Instruction stream Single Datastream ）
¨ 單指令流多數(shù)據(jù)流SIMD（Single Instruction stream Multiple Datastream ）
¨ 多指令流單數(shù)據(jù)流MISD（Multiple Instruction stream Single Datastream ）
¨ 多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD（Multiple Instruction stream Multiple Datastream ）

（5）馮氏分類法。提出用最大并行度對計算機系統(tǒng)結構進行分類。分為：
¨ 字串位串WSBS（Word Serial and Bit Serial）
¨ 字并位串WPBS（Word Parallel and Bit Serial）
¨ 字串位并WSBP（Word Serial and Bit Parallel）
¨ 字并位并WPBP（Word Parallel and Bit Parallel）

（6）漢德勒分類法。根據(jù)并行度和流水線提出的分類方法。

4. 計算機系統(tǒng)設計者的主要任務

(1) 確定用戶對計算機系統(tǒng)的功能、價格和性能的要求。

(2) 軟硬件的平衡。

(3) 設計出符合今后發(fā)展方向的系統(tǒng)結構。

5. 計算機系統(tǒng)設計的主要方法

(1) "由下往上"（bottom-up）設計。

(2) "由上往下"（top-down）設計。

(3) "由中間開始"（middle-out）設計。

6. 系統(tǒng)結構的評價標準

(1) 用基準測試程序來測試評價機器的性能。

(2) 成套的基準測試程序。

(3) 程序執(zhí)行時間

(4) MIPS（Million Instructions Per Second）
MIPS = =

(5) MFLOPS（Million FLoating point Operations Per Second）
MFLOPS =

7. 計算機系統(tǒng)設計的定量原理

(1) 加快經(jīng)常性事件的執(zhí)行速度(Make the common case fast)。

(2) Amdahl定律：系統(tǒng)中某一部件由于采用某種更快的執(zhí)行方式后整個系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時間的比例有關。
Fe表示（改進前可改進部分占用的時間）/（改進前整個任務的執(zhí)行時間），Se表示（改進前改進部分的執(zhí)行時間）/（改進后改進部分的執(zhí)行時間），則：
改進后的整個任務的執(zhí)行時間為：
, 其中 為改進前的整個任務的執(zhí)行時間。
改進后的整個系統(tǒng)加速比為：

（3）CPU性能公式。
CPU時間=CPU時鐘周期數(shù)/頻率；
CPU時間=CPU時鐘周期數(shù)時鐘周期長；
平均時鐘周期數(shù)CPI=CPU時鐘周期數(shù)/IC（指令的條數(shù)）；
CPU時間=（ICCPI）/頻率f；

（4）訪問的局部性原理。
時間局部性、空間局部性。

8．馮o諾依曼計算機的特征可概括為：

（1） 存儲器是字長固定的、順序線形編址的一維結構。

（2） 存儲器提供可按地址訪問的一級地址空間，每個地址是唯一定義的。

（3） 由指令形式的低級機器語言驅(qū)動。

（4） 指令是執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉移指令實現(xiàn)。

（5） 以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送都途經(jīng)運算器。運算器、存儲器、輸入輸出設備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控制器集中控制。