计算机组织结构-期中复习.pdf

"计算机组织结构" 计算机组织结构是计算机科学中的一门重要课程， 涵盖了计算机的基本组成结构、计算机发展史、计算机性能等方面的知识。 计算机组织结构可以分为两大部分：指令集架构（ISA）和组织实现（Microarchitecture）。前者是程序员可见的部分，包括指令集、各种数据类型的大小等；后者是程序员不可见的部分，包括控制信号、存储技术等。 计算机发展史可以追溯到电子管时代的ENIAC，第一代计算机采用电子管，后来发展到晶体管时代、集成电路时代等。摩尔定律（Moore's Law）表明，一个芯片上所放的晶体管数量每年翻倍，导致计算机逻辑内存单元的成本降低、速度提高、电源和散热要求降低、可靠性提高。 计算机性能可以从三个方面衡量：CPU速度、Memory容量/速度和I/O容量/速度。CPU性能可以用时钟频率、时钟周期、每秒执行的指令数（MIPS）和每秒浮点操作数（MFLOPS）等指标来衡量。 在衡量计算机性能时，不能仅靠时钟频率来判断，一定要考虑到每秒执行的浮点运算次数。不同的指令集需要不同的指令数量和时钟周期数，同一条指令在不同计算机上的执行时间也不同。此外，采用并行或流水线等技术也可以加速程序的执行。 在计算机发展史中，ENIAC是第一代计算机，采用十进制，使用真空管来表示寄存器。然而，如果ENIAC可以使多个真空管同时处于ON和OFF状态，这种表示方法是不合理的，因为这样会出现多个真空管处于ON状态，无法判断是哪个数字。 在衡量计算机性能时，时钟周期的时间和指令数量也是重要的指标。例如，IBM 360Model 75的指令周期是360Model 30的5倍，但是其性能提高了50倍。这是因为IBM 360Model 75可能采用了不同的指令集，减少了指令数量，或者采用了流水线、并行等技术，提高了计算机性能。 时钟频率也是一种重要的衡量指标，时钟频率越高，计算机的性能越好。但是，时钟频率也不是唯一的衡量指标，程序的规模和指令数量也是重要的衡量指标。