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第一章 计算机系统概述

第一章 计算机系统概述

计算机的发展

软件：

  • 系统软件

  • 应用软件

硬件的发展

世界第一台电子计算机：冯诺依曼计算机

电子管时代->晶体管时代->中小规模集成电路->大规模，超大规模集成电路–>微处理器发展

机器字长：计算机一次整数运算所能够处理的二进制位数

  • 贝尔实验室发明晶体管

  • 仙童半导体发明集成电路

  • 摩尔等人离开仙童创立Intel

      摩尔定律

  • 桑德斯离开仙童创立AMD

软件的发展

编程语言

  1. 机器语言

  2. 汇编语言

  3. 高级语言

操作系统

  1. DOS

  2. Windows

  3. iOS

  4. 安卓

两极分化

  • 更微型，多用途

  • 更巨型，超高速

计算机硬件的基本组成

早期冯诺依曼机

存储程序：将指令以二进制代码的形式实现输入计算机的主存储器

EDVAC
第一章 计算机系统概述_第1张图片

在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的

  1. 计算机由五大部件组成

  2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访

  3. 指令和数据用二进制表示

  4. 指令由操作码和地址码组成

  5. 存储程序

  6. 以运算器为中心

现代计算机结构

以存储器为中心 ，节省运算器时间

CPU=运算器+控制器

存储器：主存+辅存

各个硬件工作原理

主存储器的基本组成

主存储器=存储器+地址存储器MAR+数据寄存器MDR

数据存储在存储体中按地址存储

  • 存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码

  • 存储字：存储单元中二进制代码的组合

  • 存储字长：存储单元中二进制代码的位数

  • 存储元：存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit

MAR位数=存储字长

运算器的基本组成

  • ACC:累加器，用于存放操作数或运算结果

  • MQ:乘商寄存器，在乘除运算时，用于存放操作数或运算结果

  • X:通用的操作数寄存器，用于存放操作数

  • ALU:算数逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算，逻辑运算

控制器的基本组成

  • CU:控制单元，分析指令，给出控制信号

  • IR:指令寄存器，存放当前执行的指令

  • PC:程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加一功能

取指令->分析指令->执行指令

计算机软件

系统软件和应用软件

系统软件为上层提供基础服务

编译语言->汇编语言->机器语言

编译程序：一次翻译

解释程序：逐句翻译

软件和硬件的逻辑功能等级性

乘法电路-加法程序

ISA：（计算机指令集体系结构）软件和硬件之间的界面。

计算机系统的层次结构

虚拟机器(高级语言)->虚拟机器（汇编语言）->操作系统机器->传统机器指令->微程序机器（微指令）

计算机系统的多层层次结构

计算机系统的工作原理

从C语言源程序到可执行文件

程序员->源程序->预处理后的源程序->汇编语言程序->机器语言程序————————（链接）可执行文件

计算机性能指标

存储器指标

MAR位数反映存储单元个数

MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小

CPU指标

CPU主频：CPU内数字脉冲信号震荡的频率

主频=1/时钟周期

CPI：每一条指令执行需要多少时钟周期

CPI可能变化，不固定

IPS：每秒执行多少条指令=主频/cpi

FLOPS:每秒执行多少次浮点运算

系统整体的性能指标

数据通路贷款：数据总线一次所能并行传送信息的位数

吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量

响应时间:发送请求到响应的时间

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