计算机组成原理绪论

这一栏目，我们开始讲解有关计算机组成原理的知识，旨在梳理和提炼这一繁杂课程。本章笔者将会从计算机基本的组成和运行原理来整理这一绪论。 首先，我们来认识一下主体结构：

1.CU控制器：相当于主控台，控制其他元件的行为逻辑。

2.ALU运算器：用于进行CU控制器发布的任务进行运算。

3.寄存器：寄存器用于临时存储CPU正在处理或即将处理的数据、指令和地址，访问速度远高于内存（RAM），存放“正在处理”的数据。

4.cache高速缓存：是位于 CPU 和主内存（RAM）之间的一种高速、小容量的存储器，其主要作用是缓解 CPU 与主存之间速度不匹配的问题**，从而提高计算机系统的整体性能，存放 CPU 最近或最可能使用的内存数据和指令，速度高，但低于寄存器。 存储器：存储数据的地方，关于存储我们还可以分为以下几层：

• 顶层，最接近CPU：越快、成本高、容量小——寄存器、高速缓存Cache** → 常用的数据/指令
• 下一层：主存储器（主存/内存）慢一些，成本低一些，容量大一些 —— **易失性存储介质（开机时加载的数据，断电后数据丢失）
• 第三层：虚拟内存/磁盘缓存
• 底层：硬盘（机械硬盘，固态硬盘SSD）最慢、成本最低、容量最大 —— **永久性存储介质 接下来是八大规则：

面向摩尔定律的设计**：指出在一个芯片上集成的晶体管数量每18到24个月就会翻一番。（目前已经被废除） 使用抽象简化设计**：使用抽象用来表示不同的设计层次，高层次的看不见低层次的细节，只能看见一个简化的模型。每个模块只用专注于自己眼下本身的模块。 加速大概率事件**：是优先关注那些对系统性能影响最大的操作或组件，并对其进行优化。通过集中资源和精力在这些关键点上，我们可以更有效地提升系统的整体性能和效率。 通过并行来提高性能**：这里着重介绍一下：并行和并发，并发是单核处理器同时处理多件任务，类似一个人在多个饭菜面前一盘吃一口（交替执行），并行是多核处理器同时处理多项任务，类似每个人吃饼，一人一块。 通过流水线来提高性能**：流水线（Pipeline）是一种经典的并行处理技术，它将一个复杂的计算任务拆分成多个连续且相对独立的阶段，并让这些阶段像工厂流水线一样依次执行。如图所示： 通过预测来提高性能**：预测技术通过预测未来的指令或数据，提前进行预取和预处理，从而减少等待时间和提高处理速度。这一点常用深度学习和机器学习相关的知识解释优化 存储器层次结构**：旨在解决不同存储器设备在速度、容量和价格之间的矛盾。这种层次结构通过将不同类型的存储器按照其特性和成本效益组织成多个层次，从而实现了高效的数据访问和管理。 通过冗余提高可靠性**：是通过增加额外的硬件组件来提高系统的可靠性和容错能力。

好了，我们第一章绪论介绍完毕！