计算机组成原理-绪论-01

1.1

软硬件发展：

硬件的发展：

• 第一台电子数字计算机：ENIAC（电子管时代）
• 第一台晶体管线路计算机：TRADIC，面向过程语言：FORTRAN，（晶体管时代）
• 有了高级语言，开始有了分时操作系统（中小规模集成电路时代）
• 产生了微处理器，新概念：并行，流水线。高速缓存，虚拟存储器（大规模，超大规模集成电路时代）

微处理器的发展以微处理器技术为标志
机器字长： 计算机一次整数运算所能处理的二进制位数。
操作系统的位数： 其所依赖的指令集的位数。

摩尔定律：

软件的发展：

语言的发展：

• 机器语言，汇编语言
• 科学计算，工程计算语言：FORTRAN
• 模块化语言：PASCAL
• 面向对象语言：C++
• 高级语言：Java

操作系统的发展：

• DOS
• Unix
• Windows

计算机分类与发展方向：

计算机的分类方法：

1. 按照实现方式和应用方向分类：
   
2. 按照指令流和数据流：

• 单指令流&单数据流（SISD）：冯诺依曼体系结构。
• 单指令流&多数据流（SIMD）：阵列处理器，向量处理器
• 多指令流&单数据流（MISD）：实际上不存在
• 多指令流&多数据流（MIMD）：多处理器，多计算机

计算机发展方向

两极分化（轻便，提供强大算力）

1.2

系统结构

CPU及其工作过程

CPU的结构

1. 运算器：

• MQ:乘商寄存器
• ACC：累加器
• ALU：算术逻辑单元（组合逻辑设计方式）
• X：通用寄存器
• PSW：程序状态字寄存器

2. 控制器

• CU：分析指令，给出控制信号。（时序逻辑设计方式）
• IR：指令寄存器，存放当前执行的指令。
• PC：地址寄存器，存档指令地址，有自动加1功能

指令执行过程

IO设备

1. 输入设备

• 鼠标
• 键盘

2. 输出设备

• 普通显示器
• 打印机
• 触摸屏（既是输入又是输出设备）

3. 辅助存储器

• 光盘（储存模拟信号比较好）
• 固态硬盘，机械硬盘
• USB

软件系统

系统软件

管理整个计算机系统，使系统资源得到合理调度

• 操作系统（OS）
• 数据库管理系统（DBMS）
• 语言处理程序（底层语言-汇编等）
• 等等

应用软件

完成用户的特定任务，使用系统软件提供的资源接口

计算机编程语言

• 机器语言：二进制代码
• 汇编语言：助记符（汇编器（也叫汇编程序）实现 ：汇编语言->机器语言----汇编）
• 高级语言：C/C++，Java（编译器实现：高级语言->机器语言----编译）
• • 编译器：编译程序（整块代码一起编译），解释程序（一句一句编译）

五层结构

冯诺依曼计算机：（以运算器为中心）
“存储程序”：

• 将指令以代码的形式事先输入到计算机主存储器中
• 按其在存储器中的首地址，执行程序的第一条指令
• 按照程序的规定顺序执行其他指令，直到结束。

层次结构-2储存器

辅助存储器（辅存，外存）

• 可以理解为一种I/O设备

主存、内存

主存结构

储存体

1.3

性能指标

容量

储存总容量 = 存储单元个数 * 存储字节长 bit =存储单元个数 * 存储字长/8 Byte 1 Byte = 8 bit

**系统能支持的最大容量 = 2^n * 储存字长（n表示n位地址） **
常见单位

速度

CPI

机器字长： 机器进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数。
CPU时钟周期
CPU时钟频率（主频）= 1/CPU时钟周期
CPI： 执行一条指令所需的时钟周期数。
一条指令所需的时钟周期数= CPI　*　CPU时钟周期
整个程序耗时　＝　平均CPI * 指令条数 * CPU时钟周期

MIPS等

MIPS： 每秒能执行多少百万条指令

** 数据通路带宽： ** 数据总线一次所能并行传送的位数。
** 吞吐量：** 系统在单位时间内处理请求的数量。
** 响应时间：** 用户向计算机发送一个请求，到系统对请求做出响应并访问他所需要的结果的等待时间。