计算机组成原理·绪论

组成与体系结构

  • 计算机组成（Organization）：实现结构与性能的工程实现细节（控制器实现、存储层次、I/O 组织等）。
  • 计算机体系结构（Architecture）：对程序员可见的抽象（指令系统、数据类型、寄存器集合、寻址方式等）。

典型层次

  • 指令级：指令系统、寻址方式、操作类型
  • 处理器级：数据通路、控制器、流水线、冒险处理
  • 存储层次：寄存器 → Cache（L1/L2/L3）→ 主存（DRAM）→ 辅存（SSD/HDD）
  • I/O 子系统：总线、接口、中断、DMA
flowchart LR A[应用/编译器] --> B[ISA 指令系统] B --> C["微结构：流水线/分支预测/重命名"] C --> D[电路/逻辑门] C --> E["存储层次：寄存器/Cache/主存/外存"] C --> F[I/O 总线与外设]

性能指标

  • 时钟周期/主频：T = 1/f
  • CPI：每条指令平均时钟周期数
  • MIPS：每秒百万指令（受指令复杂度影响，不严谨）
  • 吞吐量 vs 响应时间：系统整体处理能力 vs 单任务完成时间
  • Amdahl 定律（加速上限）：整体加速比受不可加速部分限制

指令执行基本过程

取指 → 译码 → 执行 → 访存 → 写回 →（可能）中断处理

总线与中断

  • 总线：CPU、内存、I/O 之间的共享通信通道（地址/数据/控制）
  • 中断：异步事件通知机制，提高 I/O 效率；与异常（同步）区分

复习建议：区分“体系结构 vs 组成”，理解存储层次与流水线提升性能的基本思路。