计算机系统概论(1)
1.计算机的分类
电子模拟计算机
电子数字计算机(电脑)(电子计算器)
2.计算机的发展简史
1.计算机的五代变化
第一代:电子管计算机–数据处理机开始得到应用
第二代:晶体管计算机–工业控制机开始得到应用
第三代:中小规模集成电路计算机–小型计算机开始出现
第四代:大规模和超大规模集成电路计算机–微型计算机开始出现
第五代:巨大规模集成电路计算机–单片计算机开始出现
2.半导体存储器的发展
….
3.微处理器的发展
Intel公司微处理器的烟花
4.计算机的性能指标
- 吞吐量
表征一台计算机在某一个时间间隔内能处理的信息量
- 响应时间
表征从输入有效到系统产生响应之间的时间
- 利用率
在给定时间间隔内系统被实际使用的时间所占用的比率
- 处理机字长
32位或者64位
- 总线宽度
CPU中运算器和存储器之间进行互联的内部总线二进制位数
- 存储器容量
存储单元的总数量GB TB
- 存储器宽带
单位时间内从存储器读取的二进制数信息量,一般用字节数/秒来表示
- 主频/时钟周期
CPU的工作节拍受主时钟控制,主时钟不断产生固定频率的时钟,主时钟的频率叫CPU的主频。单位是MHz 或者 GHz
- CPU的执行时间
表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间。CPU的执行时间=CPU时钟周期数XCPU时钟周期
- CPI
表示每条指令周期数,也就是执行一条指令所需要的平均时钟周期数。CPI = 执行某段程序所需的CPU时钟周期数 / 程序包含的指令条数
- MIPS
表示平均每秒执行多少百万条定点指令数
- FLOPS
表示每秒执行浮点操作的次数,用来衡量机器浮点操作的性能。
3.计算机的硬件
1.组成部分
运算器
存储器
输入和输出设备
控制器
2.运算器
算术运算和逻辑运算
在计算机中参与运算的数是二进制的
运算器的长度一般是8、16、32或64位
3.存储器
- 存储数据和程序(指令)
- 容量(存储单元、存储单元地址、容量单位)
- 分类内存(ROM、RAM)、外存
4.控制器
- 指令和程序:指令的形式(操作和地址码、存储程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统)
- 指令和数据存储
控制器的基本任务
控制器的基本任务:按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
控制器完全可以区分开哪些是指令字,哪些是数据字。一般来讲,取指周期中从内存读出的信息流是指令流,它流向控制器;而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流,它由内存流向运算器。
5.指令流和数据流
一般来说,在取指周期中从内存读出的信息流是指令流,它流向控制器。在执行周期中从内存读出的信息流是数据流。
6.适配器与I/O设备
- 输入设备
把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式
- 输出设备
把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式
- 适配器
它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进行联系,以便使主机和外围设备并行协调地工作
- 总线
构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
总之
现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也是人们常说的计算机硬件。
4.计算机的软件
1.软件的组成与分类
- 系统软件
用来简化程序设计,简化使用方法,提高计算机的使用效率,发挥和扩大计算机的功能及用途。
各种服务性程序,如诊断程序、排错程序、练习程序等
语言程序,如汇编程序、编译程序、解释程序等
操作系统
数据库管理系统
应用软件
用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序,如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序科学计算程序等
2.软件的发展演变
编程语言的发展
- 手编程序:机器语言程序,手工编译二进制码
- 汇编程序:符号语言程序,汇编程序汇编
- 高级程序:算法语言/高级语言,机器编译程序/解释程序
系统软件的发展
- 操作系统
- 分布式系统软件
5.计算机系统的层次结构
1.多级组成的计算机系统
计算机是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。
五个以上不同的级组成
- 第一级是微程序设计级
这是一个实在的硬件级,它由机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写,那么可在这一级上运行应用程序。
- 第二级是一般机器级
也称为机器语言级,它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。
- 第三级是操作系统级
它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成,广义指令是操作系统定义和解释的软件指令,所以这一级也称为混合级。
- 第四级是汇编语言级
它给程序人员提供一种符号形式语言,以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写时,则机器必须要有这一级的功能;如果应用程序不采用汇编语言编写,则这一级可以不要。
- 第五级是高级语言级
它是面向用户的,为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
2.软件与硬件的逻辑等价性
随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势,计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现,也可以由硬件来实现;任何指令的执行可以由硬件完成,也可以由软件来成。
任何操作可以由软件来实现也可以有硬件来实现(设计计算机系统时,应考虑各个方面的因素:价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期)
实体硬件机功能的扩大。【把原来明显在一般机器级通过编制程序的实现的操作直接改为硬件操作】
固件的概念(功能上是软件,形态上是硬件)
小结
上面的都已经是总结了。
计算机系统的基本概念
构成:硬件和软件
层次结构
计算机系统的基本工作原理
计算机的基本组成部分
五大部件
冯·诺依曼型计算机特点
计算机发展特点