计算机系统组成

计算机系统组成

1 计算机组成

  • 硬件

    • 处理器、存储器、总线、接口和外部设备

  • 软件

    • 系统软件
      • 操作系统、编译工具
    • 应用软件
      • 办公软件、娱乐软件、信息系统软件等

冯诺依曼机组成

硬盘属于辅助存储器，各个部分由总线链接

2 指令系统类型

2.1 CISC 复杂指令集

  • 通过加指令实现功能，通过微程序解释实现
  • 指令比较多、使用频率差别大
  • 可变长
  • 支持多种寻址方式
  • 研制周期长
  • 微程序控制（微码，不是子程序）
  • 代表：Intel AMD的x86 CPU

2.2 RISC 精简指令集

  • 从已有指令库中尝试组合出对应功能的子程序
  • 子程序库比较大
  • 指令比较少，使用频率接近
  • 定长格式，更适合流水线
  • 寻址方式比较少
  • 大部分单周期指令
  • 增加了通用寄存器以减少访问次数
  • 硬布线逻辑为主
  • 优化编译，有效支持高级语言
  • 主要用于嵌入式

3 分级存储

解决存储容量、价格为和速度之间的矛盾

  1. CPU（寄存器）寄存器一般是64bit,存取速度最快
  2. Cache高速缓存，物理结构上可以跟CPU封装在一起，逻辑上是分开的
  3. 内存（主存）DRAM 断电数据会丢
  4. 外存（辅存）断电数据不丢失硬盘、U盘等，虽然硬盘在主机内，但是逻辑上属于外存

4 IO数据传输控制方式

解决IO往内存写数据的问题

  1. 程序控制/查询：CPU持续询问等待IO操作 ，CPU和IO不能并行 效率低
  2. 程序中断：无需CPU等待，提高了相应速度， 可并行
  3. DMA：在主存和外设之间实现高速、批量数据交换而设置的，效率比上面两种要高，可并行

5 主要性能指标

5.1 硬件

  • 计算机

    • 时钟频率(主频)
    • 数据处理速度PDR
    • 吞吐率

  • 路由器

    • 端口吞吐量
    • 丢包率
    • 时延
    • 时延抖动

  • 交换机

    • 支持协议和标准

  • 网络

    • 吞吐量

5.2 软件

  • 操作系统
    • 系统吞吐量
    • 系统响应时间
  • 数据库管理系统
    • 最大并发事务处理能力
    • 负载均衡能力
    • 最大连接数
  • Web服务器、
    • 最大并发连接数
    • 响应延迟
    • 吞吐量

5.3 阿姆达尔(Amdahl)定律

量化了系统性能的提升程度

假设一个功能，处理时间为整个系统时间的60%，此时优化这个功能，使其处理速度提升至原来的5倍，则

原速度：60+40 = 100

改进后速度：12+40 = 52

提升至原来的100/52 倍

5.4 性能评估

基准程序法 测试精准度排名

  1. 真实程序
  2. 核心程序（用的最多最频繁的程序）
  3. 小型基准程序
  4. 合成基准程序

针对于Web服务器，性能指标主要有

  • 最大并发连接数
  • 响应延迟
  • 吞吐量

性能评测方法：

  • 基准性能测试
  • 压力测试
  • 可靠性测试

5.5 系统监视

主要有三种方式

  1. 系统本身的命令
    • UNIX/Linux系统里的ps、last
    • Windows系统里的netstat
  2. 系统记录文件
  3. 集成命令、文件记录和可视化技术的监控工具
    • Windows的Perfmon应用程序