一、概述

二、程序的表象之下是什么

应用软件、系统软件、硬件三个层次
系统软件有三种必不可少的：

指令系统对上层软件屏蔽下层的细节

不同的用户工作在不同的层次，每层看到的计算机是不一样的：
终端用户工作在应用程序层面；应用程序猿，软件开发者也工作在应用程序；系统的维护人员/系统管理员，需要知道系统中的命令和工具如何来使用；系统程序猿，和硬件打交道，需要全面了解计算机的软件和硬件的基本原理。


（1）高级语言转换成汇编语言（编译器）
（2）汇编语言转换为机器语言（汇编器）
（3）生成的目标文件和原本库程序的目标文件链接生成可执行文件，此时可执行文件存储在硬盘中的某个区域并不能运行，还必须加载到内存中的适当位置
（4）将可执行文件加载到内存中，生成二进制指令流
（5）CPU通过对二进制指令流的取值译码，由控制单元根据指令的要求发出各种电子控制信号取协调CPU和各种外部部件的工作

• 计算机内部工作过程：逐条执行加载到内存中的二进制机器指令流的过程。
• 一条指令的执行过程可简单地分为两个阶段：
  （1）取指阶段：CPU从内存中读取指令，程序计数器保存要被取出的下一条指令的的值，除非遇到跳转指令等情况，否则，PC一般都是在每次取指后加上一个增量（当前指令的字节数）
  （2）执行阶段：对取出的指令先译码，解释指令的功能，然后执行译码好的指令，这期间可能会读写存储器或端口来获取操作数或存放结果。
• 程序的执行过程就是周期性和重复性地进行取指令和执行指令两个操作

取指和操作的过程：
PC保存当前执行的指令的地址，然后就CPU将当前指令地址送往地址寄存器AR中，由于一条指令由两个字节，所以PC自动+2，PC的值变为02H；而地址寄存器中的的内容00H经过总线控制逻辑被放到地址总线AB上，经过地址译码选中内存中从00H开始的连续两个单元，CPU的控制逻辑这个时候发出读控制信号，将选中的00H和01H两个单元的内容B8H和12H经过数据总线DB被送到指令控制逻辑IR中，并送到16位的指令寄存器IR中，将iR中第一个字节操作码送入指令译码IR与控制单元，指令译码IR对B8H进行译码和识别，知道将IR中的第二个字节传送到累加器中。总线控制逻辑现将12H送入数据寄存器DR中，接着经过内部数据总线被送入累加器A中。

三、存储程序思想+冯诺伊曼框架

关键思想：存储程序

可以在没有人干预的情况下实现执行程序的完全自动化。首先，计算机可以按照设定好的计算次序进行，其次计算机可以根据不同的输入产生的不同中间结果进行判断选择不同的计算方式。
说明可以用一个程序产生另一个程序，播下了人工智能的种子。

与具体的硬件组成是无关的，任何一个计算机都可将其中的部件归类到每一个部分。
现代计算机组成原理依然使用冯诺依曼结构和程序存储原理。

四、硬件组成

功能部件1——处理器（CPU）

• 功能：执行程序（Execute programs)
• 组成：Control Unit+Data Path

1. Control Unit（控制单元）：对指令进行译码，产生控制信号
2. Datapath（数据通路）：完成指令的执行
3. 数据通路的两大核心：ALU（Arithmetic Logic Unit）+Register
   （1）ALU：执行算术逻辑运算
   （2）寄存器用来存储临时的数据或者是控制信息，如PC、IR等

功能部件2——存储器

功能部件3——输入输出

分层抽象的设计方法

五、计算机性能评价

1. 用户响应时间

不同的性能评价指标有不同的结果
衡量速度的指标：

降低响应时间的同时一般都可以提高系统的吞吐率。
但是如果任务过多需要排队的话，如果增加处理器的数目，用户也会感觉到响应时间的提升。
所以二者是相互影响的。

1. 可以降低响应时间同时提高系统吞吐率
2. 可以提高吞吐率

在这里一般考虑响应时间

1.5倍

多个用户共享一台处理器的时候，更加倾向于整体优化系统的吞吐率。
用户感受到的时间：
不仅包括自己的任务的响应时间，还包括整个操作输入输出或者是运行其他用户程序的时间。

2. CPU执行时间

CPU处理器的主频或者CPU处理器的时钟频率。

如果要改善性能可以从两个方面入手：一个是减少时钟周期数，另一个是提高时钟频率。但是降低时钟周期的时候也会导致时钟周期数的增加，所以需要折中。

经典CPU性能公式

ISA、计算机组成（Organization）、计算机实现技术（Technology）三者之间的关系？
在指令中是否提供乘法指令是指令集体系结构需要考虑的问题，而如何来实现乘法指令，是专门使用一个乘法器还是用一个加法器和移位器是组成需要考虑的，而如何布线，使用什么芯片等是实现技术来考虑的。

例一：改变一个因素可能影响另一个因素

⚠️机器B的时钟频率是A的2倍，但机器B的速度并不是A的两倍！

例二：CPU执行时间的计算——性能公式的使用

例三：比较不同的代码段

性能比较与综合评价

SPEC CPU Benchmark
基准测试程序集是专门进行性能评价的一组程序
用户希望基准测试程序能够预测机器在运行实际负载时的性能。

硬件设计的基本策略：使最常用的部件执行得最快

降低时钟频率会使执行时间增加。

集成电路的成本估算：

最后

以上就是烂漫发带为你收集整理的计算机原理（一）绪论and性能分析2020.11.12一、概述二、程序的表象之下是什么三、存储程序思想+冯诺伊曼框架四、硬件组成五、计算机性能评价的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机原理（一）绪论and性能分析2020.11.12一、概述二、程序的表象之下是什么三、存储程序思想+冯诺伊曼框架四、硬件组成五、计算机性能评价所遇到的程序开发问题。

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