第1章计算机组成与体系结构
1.1计算机系统组成，
1.1.1计算机硬件的组成
1.1.2计算机系统结构的分类
1.1.3复杂指令集系统与精简指令集系统..
1.1.4总线
1.2存储器系统.
1.2.1主存储器
1.2.2辅助存储器
1.2.3 Cache存储器
1.3流水线.
1.3.1流水线周期，
1.3.2计算流水线执行时间
1.3.3
流水线的吞吐率，

系统架构设计师教程电子书免费下载

第1章计算机组成与体系结构
也许有人认为系统架构设计师不需要硬件或计算机底层原理的知识。因为这个层面的一
些处理往往已经封装好，不需要架构师重新进行规划。然而，事实并非如此，系统构建于
硬件与操作系统之上，如果我们不对计算机底层原理有一定认识，会导致一系列安全与性能
问题。本章将从计算机的组成，计算机的指令系统，存储系统等方面展开论述。
1.1计算机系统组成
计算机系统是一个硬件和软件的综合体，可以把它看成按功能划分的多级层次结构。
1.1.1计算机硬件的组成

1.1.1计算机硬件的组成
硬件通常是指–切看得见，摸得到的设备实体。原始的冯●诺依曼(VonNeumann)计
算机在结构上是以运算器为中心的，而发展到现在，已转向以存储器为中心了。图1-1所示
为计算机最基本的组成框图。

(1)控制器。控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各部件协
调工作的中心部件，所依据的是机器指令。控制器的组成包含如下。
①程序计数器PC:存储下一条要执行指令的地址;、

②指令寄存器IR:存储即将执行的指令;
③指令译码器ID:对指令中的操作码字段进行分析解释;
④时序部件:提供时序控制信号。
(2)运算器。运算器也称为算术逻辑单元(ArithmeticandLogicUnit, ALU)， 其主要功
能是在控制器的控制下完成各种算术运算和逻辑运算。运算器的组成包含如下。
①算术逻辑单元ALU: 数据的算术运算和逻辑运算;
②累加寄存器AC:通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用在暂存数据;
③数据缓冲寄存器DR:写内存时，暂存指令或数据;
④状态条件寄存器PSW:存状态标志与控制标志(争议点:也有将其归为控制器的)。
(3)主存储器。主存储器也称为内存储器(通常简称为“内存”或“主存”)。存储现场
操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。
(4)辅助存储器。辅助存储器也称为外存储器，通常简称为外存或辅存。存储需要长
期保存的各种信息。

1.1.2计算机系统结构的分类
计算机的发展经历了电子管和晶体管时代、集成电路时代(中小规模、大规模、超大规
模、甚大规模、极大规模)。目前，世界最高水平的单片集成电路芯片.上所容纳的元器件数
量已经达到80多亿个。
1.存储程序的概念
“存储程序”的概念是冯诺依曼等人于1946年6月首先提出来的，它可以简要地概括为以
下几点:
(1)计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本