计算机系统概述

计算机组成原理第一章计算机系统概述思维导图。

第一章 计算机系统概述

• 1.1 计算机发展历程
  • 计算机硬件的发展
    • 1.计算机的四代变化
      • 1）第一代计算机
        • 电子管时代
      • 2）第二代计算机
        • 晶体管时代
      • 3）第三代计算机
        • 中小规模集成电路时代
      • 4）第四代计算机
        • 超大规模集成电路时代
    • 2.计算机元件的更新换代
      • 1）摩尔定律
      • 2）半导体存储器的发展
      • 3）微处理器的发展
  • 计算机软件的发展
    • 机器语言→汇编语言→高级语言
    • 高级语言
      • 科学计算和工程计算FORTRAN→结构化程序设计PASCAL→面向对象的C++和适应网络的Java
  • 计算机的分类与发展方向
    • 分类
      • 电子计算机
        • 电子模拟计算机
        • 电子数字计算机
      • 数字计算机
        • 专用计算机
        • 通用计算机
          • 巨型机
          • 大型机
          • 中型机
          • 小型机
          • 微型机
          • 单片机
      • 指令流数据流分类
        • 1）单指令流和单数据流系统（SISD）
          • 传统冯·诺依曼体系结构
        • 2）单指令流和多数据流系统（SIMD）
          • 阵列处理器和向量处理器系统
        • 3）多指令流和单数据流系统（MISD）
          • 实际不存在
        • 4）多指令流和多数据流系统（MIMD）
          • 多处理器和多计算机系统
    • 发展方向
      • 两极分化
        • 微型计算机——微型化、网络化、高性能、多用途
        • 巨型机——巨型化、超高速、并行处理、智能化
• 1.2 计算机系统层次结构
  • 计算机系统的组成
    • 硬件
      • 有形的物理设备
    • 软件
      • 在硬件上运行的程序和相关的数据及文档
  • 计算机硬件的基本组成
    • 1.早期的冯·诺依曼机
      • 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，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结東。
      • 六大特点
        • 1.计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成
        • 2.指令和数据以同等地位存于存储器内，并可按地址寻访
        • 3.指令和数据均用二进制代码表示
        • 4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
        • 5.指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
        • 6.早期的冯诺依曼机以运算器为中心，输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据。
    • 2.现代计算机的组织结构
      • 以存储器为核心
    • 3.计算机的功能部件
      • 存储器
        • 计算机的存储部件，用于存放程序和数据
      • 运算器
        • 计算机的执行部件，用于对数据进行加工处理
      • 控制器
        • 计算机的指挥中心，由其控制各部件自动协调地进行工作
      • 输入设备
        • 将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机
      • 输出设备
        • 将计算机处理的结果以某些的形式输出
  • 计算机软件的分类
    • 1.系统软件和应用软件
      • 按功能分类
        • 系统软件
          • 保证计算机系统高效、正确运行的基础软件
          • 操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、语言处理系统、分布式软件系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序
        • 应用软件
          • 用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序
          • 各种科学计算类程序、工程设计类程序、数据统计与处理程序
    • 2.三个级别的语言
      • 1）机器语言
        • 计算机唯一可以直接识别和执行的语言
      • 2）汇编语言
      • 3）高级语言
  • 计算机的工作过程
    • 1）把程序和数据装入主存储器
    • 2）将源程序转换成可执行文件
    • 3）从可执行文件的首地址开始逐条执行指令
  • 计算机系统的多级层次结构
    • 五层结构
• 1.3 计算机的性能指标
  • 计算机的主要性能指标
    • 1.机器字长
      • 计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
    • 2.数据通路带宽
      • 数据总线一次所能并行传递信息的位数
    • 3.主存容量
      • 主存储器所能存储信息的最大容量
    • 4.运算速度
      • 1）吞吐量
        • 系统在单位时间内处理请求的数量
      • 2）响应时间
        • 从用户提交请求到系统首次产生响应并获得其所需要的结果所用的时间
      • 3）主频
        • 机器内部主时钟的频率，时钟周期的倒数
      • 4）CPU时钟周期
        • 节拍脉冲或T周期，CPU中最小的时间单位
      • 5）CPI（Clock cycle Per Instruction）
        • 执行一条指令所需的时钟周期数
      • 6）CPU执行时间
        • 运行一个程序所花费的时间
      • 7）MIPS
        • 每秒执行多少百万条指令
      • 8）FLOPS
        • 每秒执行多少次浮点运算，分为 MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS等
  • 几个专业术语
    • 1）系列机
    • 2）兼容
    • 3）软件可移植性
    • 4）固件
      • 将程序固定在ROM中组成的部件