目录

1.计算机系统概论

1.1.计算机系统简介

基本组成-toc" style="margin-left:40px;">1.2.计算机的基本组成

1.3.计算机硬件的主要技术指标

---

1.计算机系统概论

1.1.计算机系统简介

一、计算机软硬件概念

1. 计算机系统

2. 二是计算机系统的层次结构

   • 系统复杂性管理方法1：抽象

     抽象：指高级的模型，和低级的实体相对，对于一个过程或者一件制品的某些细节进行有目的的隐藏，即隐藏系统中不重要的细节。以便于把其他方面、细节或者结构表达的更加清楚一点。

     计算机从物理构成的角度来看：

   • 从程序员的角度来看：

   • 编程语言发展史：世界上第一台电子计算机于1946年推出。随着计算机的发展，计算机硬件的升级速度越来越快，对编程语言的要求也越来越高。第一代程序设计语言是机器语言，第二代是汇编语言，第三代是高级语言。

     1. 机器语言：机器语言是一种程序语言或指令代码，可以通过二进制编码直接识别。无需翻译，具有直接执行、灵活性、速度快等优点，但不同型号计算机的机器语言不相通，难以记忆和修改，需要手动分配内存。机器语言也是最早出现的计算机语言。是面向机器的语言。机器可以直接执行计算机指令系统中的指令由0和1两个符号组成。

     2. 汇编语言：第二代计算机语言。为了减少机器语言可读性差、灵活性差的缺点，将机器语言改进为一些易于记忆的字母，而不是一些特定的指令。又称符号语言。但机器不能直接执行汇编语言程序，必须翻译成机器语言。与机器语言相比，汇编语言在编写、阅读和修改方面有了很大的改进。运行速度也加快了。像机器指令一样，汇编语言是硬件操作的控制信息。它仍然面向机器。

     3. 高级语言：第三代计算机语言。它与计算机的硬件结构和指令系统无关。高度包装的编程语言非常接近数学公式和自然语言的编程。它基本上脱离了机器的硬件，更容易理解。它是一种面向过程或对象的语言，如Java、C、C 、C#等等。但不能编写直接访问计算机硬件资源的系统软件和设备控制软件。

     三、计算机系统结构和计算机组成

     计算机组成和计算机系统结构在研究内容上有什么区别？

     • 计算机系统结构：机器语言程序员所看到的计算机系统的属性概念结构和功能特。（指令系统、数据类型、搜索技术、I/O例如，规定是否有乘法指令。

     • 计算机组成：实现计算机系统结构所反映的属性。例如，如何实现乘法指令。

1.2.计算机的基本组成

一、冯.诺伊曼计算机的特点

1. 计算机由五个部件组成

   • 操作员：完成算术操作和逻辑操作

   • 存储器：存储数据和程序

   • 控制器：指挥控制程序的运行

   • 输入设备：将信息转换为机器能够识别的形式

   • 输出设备：将结果转化为熟悉的方式

2. 以指令和数据为准同等地位存储在存储器中，可以根据地址访问

3. 指令和数据用二进制表示

4. 指令由操作码(这个指令要做什么)和地址码（由操作树组成

5. 存储程序(核心特征)

6. 以运算器以中心为中心(但运算器将成为该系统的瓶颈)

二、计算机硬件框图

1. 以存储器以计算机硬件框图为中心

2. 现代计算机硬件框图

3. 系统复杂性管理方法2 （3’Y）

   • 层次化：将设计的系统分为多个模块或子模块

   • 模块化：具有明确定义的功能和接口

   • 规则：模块更容易重用

4. 如何用计算机解决现实中的问题？

   假设我们面临的是一个可以用计算机解决的问题，我们应该如何用计算机解决？

   1. 上机前的准备

      • 建立数学模型 v=UmSinwt(实时电压)

      • 确定计算方法

      • 编制解题程序

        程序-操作的所有步骤

        指令-每一步

        1)编程例：

        计算 ax2 bx c

        • 取x到运算器之中

        • 在运算器中乘以x

        • 在运算器中乘以a

        • 存ax2到存储器中

        • 在运算器中取b

        • 乘以x在运算中

        • 加ax2在运算器中

        • 在运算器中加c

        2)指令格式例:指令和数据保存在存储器中

   2. 计算机解题过程

      1. 存储器的基本组成

         存储单元由多个存储单元组成，存储单元由存储元件(0/1)组成，可类比为建筑、房间和床位(有人/无人)。

         存储单元：存储一串二进制代码

         存储字：二进制代码在存储单元中的组合

         存储字长：存储单元中二级代码的位数，每个存储单元通过地址给出一个地址号。

         MAR：存储器地址寄存器反映存储单元的数量

         MDR：存储器数据寄存器映存储字长

   3. 正在上传…重新上传取消

   4. 1. 运算器的基本结构

         计算器的结构和功能？

         • 加法操作过程

           • 指令：加|M （操作码|地址码）

           • 初态：ACC 被加数 [M]->X

           • [ACC]+[X]->ACC

         减法操作的过程

         • 指令：减|M （操作码|地址码）

         • 初态：ACC被减数

         • [M]->X

         • [ACC]-[X]->ACC

         乘法操作过程

         • 指令：乘|M

         • 初态：ACC 被乘数

         • [M]->MQ

         • [ACC]->X

         • 0->ACC

         • [X]*[MQ]->ACC//MQ

         除法操作的过程

         • 指令 除|M

         • 初态：ACC 被除数

         • [M]->X

         • [ACC]->MQ

         • [ACC]/[X]->MQ

         3.控制器的功能

         1. 解释指令

         2. 完成一条指令：

            • 取指令 PC,PC存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+1->PC

            • 分析指令 IR，指令寄存器，存放当前欲执行的指令

            • 执行指令 CU

         4.运算器、控制器、存储器构成了什么

         • 一条指令在主机上的完成过程

         • 以取数指令为例子

         • 以存数指令为例子

         • ax2+bx+c程序的运行过程

           1. 将程序通过输入设备送至计算机

           2. 程序首地址->PC

           3. 启动程序运行

           4. 取指令PC->MAR->M->MDR->IR, (PC)+1->PC

           5. 分析指令OP(IR)->CU

           6. 执行地址：Ad(IR)->MAR->M>MDR>ACC

           7. ...........

           8. 打印结果

1.3、计算机硬件的主要技术指标

1. 机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU中的寄存器位数有关。

2. 运算速度

   • 主频：

   • 核数：每个核支持的线程数

   • 吉普森法：

   • CPI：执行一条指令所需要时钟周期数

   • MIPS：每秒能够执行百万条指令

   • FLOPS: 每秒浮点运算次数

3. 存储容量：存放二进制信息的总位数

   • 主存容量

     • 存储单元个数存储字长，如MAR 10 MDR 8 1K8位

     • 字节数

   • 辅存容量： 字节数 80G