计算机硬件技术基础（太原理工大学）：第一章

复习点：
1.计算机发展历史（按照电子器件的演变）：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机
2.不配有软件的微型计算机成为裸机
3.一个完整的计算机系统都是由硬件和软件两大部分组成的
4.计算机硬件
（1）CPU：

• 中央处理器，是整个计算机系统的核心部件。（也叫CPU芯片或微处理器芯片）

• CPU主要由运算器，控制器和寄存器阵列几大部分组成。其中控制器是计算机的指挥中心，可以对指令进行分析、解释（译码）；运算器是对信息进行加工和处理的部件，核心是ALU。

• CPU不等于微处理器，一台个人计算机中一般只有一个CPU，但可以有多个微处理器芯片，微处理器芯片所在部件不同，功能也不同，键盘、显卡、打印机、磁盘存储器上都有微处理器芯片

（2）主存储器（内存）：

• 可以直接被CPU访问，用来存放当前运行的程序和数据（注意：外存不可以直接被CPU访问）
• 
• 地址码位数与可选择的存储单元总数之间的关系：
  N（存储单元总数）= 2ⁿ（地址码位数）

（3）外存储器（外存）：

• 用来存放当前暂时不运行的程序和数据
• 外存只能和主存直接交换信息

（4）输入/输出设备（I/O设备）
（5）总线和输入/输出接口
（6）主板及其他硬件
5.计算机软件
软件是在硬件的基础上，按照一定的算法用程序设计语言设计出来的。
应用软件在系统软件的支持下运行的，而系统软件又是在操作系统的支持下运行的，所以所有的软件都是在硬件的支持下运行的
（1）程序设计语言

• 机器语言：是计算机能够直接理解和执行的唯一的程序设计语言。一组二进制数表示一条机器指令
• 汇编语言：用助记符（可以是数字、字母或其他符号）编写的语言
• 高级语言：一种与具体机器结构无关，更接近人类自然语言和数学语言的程序设计语言，具有通用性和可移植性。eg.C、C++、Java、Python等

（2）系统软件

• 操作系统：是计算机最重要的系统软件。可以有效的管理和利用所有软硬件资源。eg.Windows、UNIX、Linux等
• 汇编程序：源程序可以用汇编程序转换为计算机可识别的机器语言
• 高级语言处理程序：同一种高级语言，在不同系列的机器上运行时，需要不同的语言处理程序
• 数据库系统：对数据库进行管理的软件

（3）应用软件：为解决某个具体问题而设计的软件，数量远远多于系统软件
6.计算机软硬件的关系：计算机的某个功能既可以由软件完成，又可以由硬件实现，在逻辑功能上等价。（注意：在性能和成本上不一定等价）
7.计算机的工作原理：（现代计算机设计的核心思想是存储程序）编写程序、存储程序、自动连续的执行程序
8.每条指令的执行可分解成取指、分析和执行三个步骤
9.区分指令和数据的方法：通过时序部件，利用指令执行不同阶段的时序信号，当处于取指阶段时，访问存储器取出的是指令，否则取出的是操作数或操作数地址。
10.计算机的性能指标
（1）基本字长：

• 指的是计算机CPU一次可以处理的一组二进制数的位数
• 在其他条件相同的情况下，字长越长，表示的操作位数越多，表示的数的范围越大，运算精度和运算速度也越高

（2）存储容量：单元数*存储字长

• 指的是计算机存储器系统可以存放的二进制数的位数或字节数。
• 位指的是计算机中表示数据的最小单位，即一位二进制数，用b表示
• 字节是计算机衡量存储容量和程序大小、数据多少的最基本单位，一个字节包含8位二进制数位，用B表示
• 单位换算：
  2¹⁰B = 1024B = 1KB
  2²⁰B = 1024KB = 1MB
  2³⁰B = 1024MB = 1GB
  2⁴⁰B = 1024GB = 1TB

（3）运算速度

• MIPS：平均每秒执行的指令条数。MIPS和运算速度成正比
• MFLOPS:平均每秒执行的浮点运算次数。
• CPU主频：对于相同结构的CPU，主频越高，运算速度越快
  T（周期） = 1/f（主频）
• 每条指令平均执行的时钟周期数（CPI）：主频不变时，CPI越小，运算速度越快
• IPC：CPI的倒数，表示每个时钟周期可以执行的指令条数
• 基准程序测试

（4）系统可靠性
（5）外设和软件的配置