計算機結構外存儲器內存儲器輸出設備輸入設備控制器內存儲器注：數據信號

控制信號CPU2.1中央處理器主要功能：順序控制操作控制時間同步

數據處理

主要部件:運算器控制器寄存器組運算器算術運算：如加、減等算術操作邏輯運算：如與、或非等邏輯操作。

控制器功能：根據當前程序計數器寄存器的值，從RAM中相應的地址取出指令，并將它們放到指令寄存器中；然后對指令進行譯碼，并根據譯碼的結果發送信號給數據總線（DataBus），從RAM中取出操作數，并發出適當的控制信號，控制運算器進行數據的處理。按設計和實現的途徑可分為三類：硬連線控制器（HardwiredController）微程序控制器（MicroprogrammedController）門陣列控制器

寄存器用戶可見的寄存器數據寄存器（DataRegister）地址寄存器（AddressRegister）控制和狀態寄存器程序計數器（ProgramCounter，PC）指令寄存器（InstructionRegister）狀態條件寄存器指令系統(1)指令是指示計算機執行某種操作的命令。從計算機組成的層次結構來說，計算機的指令有三種：微指令：微程序級的命令，屬于硬件部分宏指令：由若干條機器指令組成的軟件指令，屬于軟件機器指令：介于微指令與宏指令之間，通常簡稱為指令指令系統(2)CISCComplexInstructionSetComputer，復雜指令集計算機RISCReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機指令系統(3)CISC采用微程序設計方法實現指令的控制器減輕編程的工作量，縮短程序代碼

由于大量的復雜指令、可變的指令長度、多種的尋址方式，大大增加了解碼的難度，代碼難以優化，執行效率低

指令系統(4)RISCIBM370CISC系統占總指令數僅20%的簡單指令在程序調用中占了80%，而占指令數80%的復雜指令卻只有20%的機會用到RISC具有以下的特點：指令系統簡化，由一些基本的、必要的指令構成；除LOAD/STORE指令外，所有指令只與寄存器打交道，都在一個時鐘周期內執行完畢；絕大部分采用硬聯線控制，不用或少用微程序實現；使用較多的通用寄存器，沒有專用寄存器；采用優化編譯技術，生成高效的目標代碼程序。指令系統(5)指令格式指令字就是表示一條指令的二進制代碼，通常簡稱指令；指令格式，則是指令字用二進制代碼表示的結構形式一條指令通常由操作碼、地址碼字段構成操作碼字段指定指令的功能特性地址碼字段指定操作數的地址指令系統(6)操作碼定長操作碼，變長指令碼變長操作碼，定長指令碼

地址碼零地址指令

一地址指令二地址指令三地址指令指令系統(7)尋址方式指令尋址方式順序尋址方式跳躍尋址方式數據尋址方式（即操作數尋址）操作數尋址(1)隱含尋址立即尋址操作數尋址(2)直接尋址間接尋址操作數尋址(3)寄存器尋址方式相對尋址變址和基值尋址方式指令執行指令周期取出并執行一條指令的時間機器周期也稱為CPU周期，通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規定CPU周期時鐘周期非訪存指令的指令周期(1)非訪存指令的指令周期(2)非訪存指令的指令周期(3)直接訪存指令的指令周期(1)直接訪存指令的指令周期(2)直接訪存指令的指令周期(3)間接訪存指令的指令周期(1)間接訪存指令的指令周期(2)間接訪存指令的指令周期(3)程序控制指令的指令周期(1)程序控制指令的指令周期(2)流水線技術(1)流水技術的特點：一條流水線由流水段組成，流水段的數目稱為流水線的深度；每個流水段有專門的功能部件對指令進行某種加工；各流水段所需時間是一樣的，這樣才能同步符合流水節拍；流水線工作階段可分為建立、滿載和排空三個階段；在理想情況下，當流水線充滿后，每隔Δt時間即一個流水節拍將會有一個結果流出流水線。流水線技術(2)理想流水線性能分析流水線的加速比＝非流水線指令的平均執行時間/流水線指令的平均執行時間指令的平均執行時間＝時鐘周期×指令的平均CPICPI（CyclesperInstruction）是執行每條指令所需的時鐘周期流水線技術(3)流水操作中的主要障礙資源競爭（StructuralHazard）又叫結構競爭，是由資源缺乏引起數據競爭（DataHazard）由指令間數據的相關而引起控制競爭（ControlHazard）主要是由轉移指令引起的存儲系統(1)存儲器的層次結構局部性原理（PrincipleofLocality）時間局部性（SpatialLocality）空間局部性（TemporalLocality）存儲系統(2)基本概念命中率（HitRate）失配率（MissRate）命中時間（HitTime）失配損失（MissPenalty）存儲器設計目標降低平均訪問時間，而不是單單提高命中率平均訪問時間＝命中時間＋失配時間×失配率層次化存儲體系必須解決的問題定位問題替換問題更新問題存儲系統(3)高速緩沖存儲器（Cache）通常由兩部分組成：塊表和快速存儲器兩級Cache：內部Cache和外部CacheCache中的地址映象和變換直接映象全關聯映象組關聯映象存儲系統(4)直接映象(Directmapped)j

＝

imod2C存儲系統(5)全關聯映象（FullAssociative）存儲系統(6)組關聯映象（SetAssociative）若每組中有n行，則稱之為n路組關聯映象直接映象就是1路組關聯，全關聯映象就是M(＝2C)路組關聯存儲系統(7)替換策略存儲系統(8)替換算法比較存儲系統(9)更新策略存儲系統(10)主存儲器的設計提高帶寬，減少平均訪問時間，是主存儲器設計的主要問題增加存儲器的數據寬度，即增加數據位數；采用存儲器的多體交叉技術“高位交叉”編址“低位交叉”編址存儲系統(11)虛擬存儲器（VirtualMemory）虛擬存儲器使存儲系統既具有相當于輔存的容量又有接近于主存的訪問速度設計虛擬存儲系統需考慮的指標是主存空間利用率和主存的命中率虛擬存儲器按存儲映象算法有三種管理方式：段式管理頁式管理段頁式管理段式管理頁式管理段頁式管理外圍設備外圍設備是指計算機系統中除了CPU和主存之外的那些用來加強計算機功能的設備交互設備：用于計算機和用戶的交互，例如觸摸屏、打印機、視頻顯示終端等。視頻顯示終端包括顯