指令能被计算机硬件理解并执行,计算机组成原理课设

计算机基本工作原理

冯·诺依曼原理世界上第一台计算机

基于冯·诺依曼原理，其基本思想是：

存储程序与程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。到目前为止，尽管计算机发展了4代，但其基本工作原理仍然没有改变。根据存储程序和程序控制的概念，在计算机运行过程中，实际上有两种信息在流动。一种是数据流，这包括原始数据和指令，它们在程序运行前已经预先送至主存中，而且都是以二进制形式编码的。在运行程序时数据被送往运算器参与运算，指令被送往控制器。另一种是控制信号，它是由控制器根据指令的内容发出的，指挥计算机各部件执行指令规定的各种操作或运算，并对执行流程进行控制。这里的指令必须为该计算机能直接理解和执行。计算机指令与指令系统指令是指计算机完成某个基本操作的命令。指令能被计算机硬件理解并执行。一条指令就是 计算机机器语言的一个语句，是程序设计的最小语言单位。一台计算机所能执行的全部指令 的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统比较充分地说明了计算机对数据进行处理的 能力。不同种类的计算机，其指令系统的指令数目与格式也不同。指令系统越丰富完备，编 制程序就越方便灵活。指令系统是根据计算机使用要求设计的。一条计算机指令是用一串二进制代码表示的，它通常应包括两方面的信息：操作码和地址码。操作码用来表征该指令的操作特性和功能，即指出进行什么操作；地址码指出参与操作的数据在存储器中的地址。一般情况下，参与操作的源数据或操作后的结果数据都在存储器中 ，通过地址可访问该地址中的内容，即得到操作数。CPU访问存储器需要一定的时间，为了提高运算速度，有时也将参与运算的数据或中间结果 存放在CPU寄存器中或者直接存放在指令中。通常一台计算机硬件系统，由五个必要的部分组成：控制器、计算器、存储器、输入设备和输出设备。而在微型计算机中，是把控制器和计算器整合集成在一个集成块中，这就是CPU了。CPU是一台微机的核心部件，顾名思义，计算机的控制和计算都是由它来完成的，所以有人把它比喻为人的大脑。由CPU的型号，就可以大体判断一台计算机的等级高低。这18条背下来没人敢和你忽悠CPU第3个 采用( )结构的计算机即精简指令系统计算机，具有十分简单的指令系统、指令长度固定、指令格式与种类相对较少、寻址方式也相对较少、每条指令的执行速度相当快等特点，具有很高的性能/价格比第4个 你所谓的虚拟存储器是不是虚拟内存虚拟内存是用硬盘空间做内存来弥补计算机RAM空间的缺乏。当实际RAM满时(实际上，在RAM满之前)，虚拟内存就在硬盘上创建了。当物理内存用完后，虚拟内存管理器选择最近没有用过的，低优先级的内存部分写到交换文件上。这个过程对应用是隐藏的，应用把虚拟内存和实际内存看作是一样的。在Windows2000 (XP)目录下有一个名为pagefile.sys的系统文件(Windows98下为Win386.swp)，它的大小经常自己发生变动，小的时候可能只有几十兆，大的时候则有数百兆，这种毫无规律的变化实在让很多人摸不着头脑。其实，pagefile.sys是Windows下的一个虚拟内存，它的作用与物理内存基本相似，但它是作为物理内存的“后备力量”而存在的，也就是说，只有在物理内存已经不够使用的时候，它才会发挥作用。高速缓冲存储器(Cache)实际上是为了把由DRAM组成的大容量内存储器都看做是高速存储器而设置的小容量局部存储器，一般由高速SRAM构成。这种局部存储器是面向CPU的，引入它是为减小或消除CPU与内存之间的速度差异对系统性能带来的影响。Cache 通常保存着一份内存储器中部分内容的副本(拷贝)，该内容副本是最近曾被CPU使用过的数据和程序代码。Cache的有效性是利用了程序对存储器的访问在时间上和空间上所具有的局部区域性，即对大多数程序来说，在某个时间片内会集中重复地访问某一个特定的区域。如PUSH/POP指令的操作都是在栈顶顺序执行，变量会重复使用，以及子程序会反复调用等，就是这种局部区域性的实际例证。因此，如果针对某个特定的时间片，用连接在局部总线上的Cache代替低速大容量的内存储器，作为CPU集中重复访问的区域，系统的性能就会明显提高。系统开机或复位时，Cache 中无任何内容。当CPU送出一组地址去访问内存储器时，访问的存储器的内容才被同时“拷贝”到Cache中。此后，每当CPU访问存储器时，Cache 控制器要检查CPU送出的地址，判断CPU要访问的地址单元是否在Cache 中。若在，称为Cache 命中，CPU可用极快的速度对它进行读/写操作；若不在，则称为Cache未命中，这时就需要从内存中访问，并把与本次访问相邻近的存储区内容复制到 Cache 中。未命中时对内存访问可能比访问无Cache 的内存要插入更多的等待周期，反而会降低系统的效率。而程序中的调用和跳转等指令，会造成非区域性操作，则会使命中率降低。因此，提高命中率是Cache 设计的主要目标。