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n运算器——用来实现算术、逻辑等各种运算
n存储器——用来存放计算程序及参与运算的各种数据
n控制器——实现对整个运算过程的有规律的控制
n输入设备——实现计算程序和原始数据的输入
n输出设备——实现计算结果的输出
1.2 微型计算机的总线结构
n总线是微机中各种部件之间共享的一组公共数据传输线路。任何一条系统总线都可以分为5个功能组：数据线（DB）、地址线（AB）、控制线（CB）、电源线和地线。
1.3 CPU技术性能指标
nCPU处理字长指CPU内部运算单元通用寄存器一次处理二进制数据的位数。
nCPU工作频率可提高CPU性能。
nCache(高速缓存)也可以极大地改善CPU的性能。
1.4 控制器
n 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的"决策机构"，即协调和指挥整个计算机系统的操作。程序计数器用来存放下一条要执行的指令在内存中的地址 ，指令寄存器用来存放当前正在执行的指令。译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控制信号提供给时序控制信号形成部件。
控制器的主要功能有:
n 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。
n 对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便执行规定的动作。比如一次内存读/写操作，一个算术/逻辑运算操作或一个输入/输出操作等。
n 指挥并控制CPU，内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。
n不仅要保证指令的正确执行，还要能够处理异常事件。
1.5 二进制数的原码、反码、补码表示
n原码表示法:符号+绝对值
[+2]原码=0000 0010=02H
[-2]原码=1000 0010=82H
[+0]原码=0000 0000=0H
[ -0]原码=1000 0000=80H
n反码表示法:正数反码表示与原码表示相同，负数的反码表示中数值位与原码相反
[+2]反码=[+2]原码=0000 0010=02H
[-2]反码=1111 1101=1513H
[+0]反码= [+0]原码=0000 0000=0H
[ -0]反码=1111 1111
n补码表示法:正数的补码与原码相同，负数的补码为反码加1
[+2]补码=[+2]原码=0000 0010=02H
[-2]补码=1111 1110
[+0]补码= [+0]原码=0000 0000=0H
[ -0]补码=1111 1111+1= 0000 0000=0H
1.6 计算机指令系统
nCISC (Complex Instruction Set Computer) 复杂指令系统
nRISC (Reduced Instruction Set Computing )简单指令系统
1.7 并行处理机和多处理机
n并行处理机又叫SIMD计算机。它是单一控制部件控制下的多个处理单元构成的阵列，所以又称为阵列处理机。
n多处理机是由多台独立的处理机组成的系统。
并行计算机体系结构分类
nFlynn在提出的计算机分类方法，按指令流和数据流进行计算机分类
n单指令流，单数据流(SISD)—单处理器计算机
n单指令流，多数据流(SIMD)—矢量计算机
n多指令流，单数据流(MISD)—市场上无此类计算机
n多指令流，多数据流(MIMD)—通用多处理器并行计算机，是广泛应用的多处理器并行计算机体系结构
并行处理机也称为阵列处理机。按照佛林分类法，它属于SIMD计算机。
n速度快，特别适于高速数值计算。
nSIMD依靠的是资源重复，而不是时间重叠。
n依赖于互连网络和并行算法。
n需要有一台高性能的标量处理机。
nSIMD基本上是一台向量处理专用计算机。
多处理机结构
n两个或两个以上处理机(包括PU和CU)，通过高速互连网络连接起来，在统一的操作系统管理下，实现指令以上级（任务级、作业级）并行。
n按照Flynn分类法，多处理机系统属于MIMD计算机。
n多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处理机都能够独立执行自己的程序。
1.8 内存
又称为主存储器，用于存放计算机进行数据处理所必须的原始数据、中间结果、最后结果以及指示计算机工作的程序。计算机中主存储器主要由存储体、控制线路、地址寄存器、数据寄存器和地址译码电路组成。
n主要技术指标 ：内存容量：存储单元中的字节数。内存读写时间：从内存中读一个字或向内存写入一个字所需的时间。存取周期：两次独立的读写操作之间所需的最短时间称为存取周期。
n高速缓冲存储器（Cache）
n用途：设置在 CPU 和 主存储器之间，完成高速与 CPU 交换信息，尽量避免 CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。
n实现：这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，以关联存储器方式 运行、用静态存储器芯片实现的存储器系统。
n要求：有足够高的命中率，既当 CPU需用主存中的数据时，多数情况可以直接从CACHE中得到，称二者之比为命中率。
程序的局部性原理
n程序在一定时间段内通常只访问较小的地址空间
n两种局部性：时间局部性和空间局部性
n时间局部性：最近被访问的信息很可能还要被访问。
n空间局部性：最近被访问的信息临近的信息也可能被访问。
CACHE存储器通常使用3种映像方式，它们是全相联映像方式、直接映像方式、多路组相联映像方式，3种映像方式有各自的优缺点。
n直接映像方式：是指主存的一个字块只能映像到CACHE的一个准确确定的字块中。
n直接映像方式特点：
¨主存的字块只可以和固定的Cache字块对应，方式直接，利用率低。
¨标志位较短，比较电路的成本低。如果主存空间有2m块，Cache中字块有2c块，则标志位只要有m-c位。且仅需要比较一次。
n全相联映像方式：是指主存的一个字块可以映像到整个CACHE的任何一个字块中。
n全相联映像方式特点：
¨主存的字块可以和Cache的任何字块对应，利用率高，方式灵活。
¨标志位较长，比较电路的成本太高。如果主存空间有2m块，则标志位要有m位。同时，如果Cache有n块，则需要有n个比较电路。
n多路组相联映像方式：是对全相联映像和直接映想象的一种折衷的处理方案。既不在主存和CACHE之间实现字块的完全随意对应，也不在主存和CACHE之间实现字块的多对一的硬性对应，而是实现一种有限度的随意对应。
n多路组相联映像方式特点：
¨折衷方案。组间为全相连，组内为直接映像。
¨集中了两个方式的优点。成本也不太高。
三种映像方式比较
n全相联映射
¨主存中的一块可以映射到Cache中任何一个位置
n直接映像
¨主存中的一块只能映射到Cache中唯一的一个位置
¨定位时，不需要判断，只需替换
n多路组相联映射
¨主存中的一块可以选择映射到Cache中多个位置
n全相联映射和多路组相联映射的失效处理
¨从主存中取出新块
¨为了腾出Cache空间，需要替换出一个Cache块
¨不唯一，则需要判断应替出哪块
Cache替换算法
n随机替换（RAND）随机找一个Cache块进行替换，比较盲目。
n先进先出算法（FIFO）将最早调入Cache的字块替换出去，采用循环电路容易实现，开销小。
n最近最少使用算法（LRU）需要计算字块的使用次数，开销大，但平均命中率比FIFO要高。
CACHE的重要技术指标：命中率
nH为命中率，tc为cache存取时间，tm为主存访问时间，ta为等效访问时间
nta = H tc+（1-H） tm
1.9 中断处理分为两个阶段，中断响应和中断服务
n中断响应时间是指从发出中断请求到进入中断处理所用的时间
1.10 硬盘
硬盘容量的计算：总容量＝512B ×磁面数×柱面数×扇区数
硬盘主要技术指标：平均寻道时间\内部数据传输速率\外部数据传输速率\电机转速\高速缓存(Cache) \硬盘容量
1.11 磁盘冗余阵列(RAID)技术
nRAID0是数据基带条阵列，不提供容错
nRAID1称为镜像的磁盘阵列，50%利用率
nRAID2使用并行阵列与汉明码
nRAID3是带有奇偶校验的并行阵列
nRAID4是带有专用奇偶校验驱动器的独立式传动装置
nRAID5是独立式传动装置，所有驱动器均包括奇偶校验，利用率(N-1)/N
nRAID6是拥有两个校验块。
1.12 计算机可靠性RAS可靠性，可用性，可维护性
n串联为R1*R2*R3*.....
n并联为1-(1-R1)*(1-R2)*……
流水线性能指标：吞吐率、加速比和效率
n指令时间=第一个指令周期+(n-1)*最长工作周期
n吞吐率=n/指令时间