计算机系统概述

计算机

能对数字化信息进行自动、高速算术和逻辑运算的通用处理装置

计算机系统的组成

\[计算机系统\begin{cases}硬件\quad 实体：主机、外设等\\软件\begin{cases}系统软件\\应用软件\end{cases}\end{cases}\]

计算机组成原理 vs 计算机体系结构

• 计算机组成（偏重实现）
  • 实现计算机体系结构所体现的属性
  • 比如具体指令的实现
• 计算机体系结构
  • 程序员所见到的计算机系统的属性
  • 概念性的结构与功能特性
  • 比如指令系统、数据类型、寻址技术

主要内容

• 基本部件的结构和组织方式
• 基本运算的操作原理
• 基于RISC-V的CPU工作原理
• 层次化存储

时间指标

• 主频：CPU工作的时钟频率
• 时钟周期
  • 一个时钟周期的时间（通常指处理器在固定频率下运行的时钟）
• 主频*时钟周期=1
• 时钟周期数：时钟周期的数量
• 指令平均时钟周期（CPI: Clock Cycle Per Instruction）
  • 程序CPU时钟周期数=程序指令书*CPI
• IPC (Instruction Per Clock Cycle)=1/CPI
• IPS (Instruction Per Second)\(\to\) MIPS (Million IPS)
• MFLOPS
  • 浮点操作执行次数/执行时间/\(10^6\)
• CPU执行时间
  • 执行任务在CPU上所花费的时间
  • CPU执行时间=程序指令数CPI时钟周期

CPU执行时间不包括等待I/O或运行其他程序的时间

• 响应时间：执行时间，完成某任务所需要的总时间
• 吞吐率：带宽，单位时间完成的任务数量