计算机组成原理之计算机层次结构及性能评价 计算机层次结构 1.计算机层次结构
计算机层次图如上图所示，从上到下依次为应用程序，高级语言，汇编语言，操作系统，指令集架构层，微代码层和硬件逻辑层。其中应用程序属于应用软件；高级语言和汇编语言及操作系统属于系统软件；指令集架构层为计算机系统软硬件的分界线，该层规范了软硬件的接口，是指令操作硬件的入口；微代码层及硬件逻辑层属于硬件。对于用户而言，不同用户处在不同的层次，不同层次具有不同的属性，不同层次使用不用的工具及不同层次代码执行的效率不同。 2.计算机工作原理 现代计算机仍然使用冯诺依曼结构型计算机，将程序存放在计算机的存储器中，按指令地址访问存储器并取出指令，经译码依次产生不同指令所需的控制信号，完成对计算机的控制，完成指令的功能。其中由硬件系统和软件系统组成，计算机硬件和软件具有相互依存，逻辑等效性和协同发展的关系，其硬件结构图如下所示：
CPU由控制器和运算器两大部分组成，存储器由磁盘和内存两大部分组成。控制器可以控制输入设备，输出设备，运算器和存储器。存储器与输入设备，运算器和输出设备均存在数据交流，输入设备产生的数据需要保存在存储器中，储存器中保存的数据可由输出设备进行输出。 运算器主要完成算术运算、逻辑运算和移位等操作，累加器貌似就是通用寄存器，用来保存参加运算的数据及计算的中间结果。其基本结构如下：
控制器依据指令不同产生不同的控制信号，控制信号以电平信号或脉冲信号的形式进行表现，控制信号产生逻辑主要有微程序和硬布线两种。控制器的结构图如下所示：
存储器主要功能是存储程序，原数据及中间的运算结果。存储器由读和写两种模式，通过地址完成读/写数据。存储器结构图如下所示：
计算机性能评价方式 1.性能评价标准 非时间指标： （1）总线宽度：数据总线一次能并行传送的最大信息位数。 （2）主存容量：计算机主存所包含的存储单总数 （3）存储带宽：单位时间内CPU与主存交换的二进制信息量，常用单位B/s（字节/秒） 时间指标： （1）主频（f）/时钟周期（T） （2）CPI： 执行一条指令（平均）需要的时钟周期数(即T周期的个数)
(3) MIPS： 每秒钟CPU能执行的指令总条数（单位：百万条/秒）
（4）CPU时间 执行一段程序所需要的的总时间=CPU时间+I/O时间+存储器访问时间等 CPU时间 = 程序中所有指令的时钟周期数之和 x T = 程序中所有指令的时钟周期数之和 / f = 总指令数 x CPI x T = 总指令数 / MIPS 2.性能评价工具 CPU测试工具：CPUmark，SysID，Hot CPU tester 显卡测试工具： 3DMark， N-Bench2， FurMark 硬盘测试工具： Hard Disk Speed，Disk BenchMark， iometer，HDD Temperature Pro 内存测试工具： CTSPD, Memory Speed， Memory transfer Timing Utility 其他测试工具： 鲁大师
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