第一章 计算机系统概述

定义

计算机系统=硬件（主机，外设）+软件

软件

• 系统软件——管理整个计算机系统 eg:语言处理/DBMS/操作系统
• 应用软件——按任务编制成的程序

发展

机器语言/汇编语言(需要考虑电脑本身特性) -> FORTRAN -> PASCAL ->…..

硬件

逻辑元件——处理电信号最小的单元 eg:电子管

发展

第一代用的是机器语言，即0101010….
第二代出现了面向过程的语言，且有了操作系统的原型。晶体管为手动焊接
第三代有了集成电路，不是手动焊接更加稳定
第四代开始出现微处理机，微型计算机，PC萌芽，出现操作系统

摩尔定律：集成电路每隔18个月会double，整体性能double

基本组成

冯诺依曼机 EDVAC

程序指令的解析 经过存储器和控制器的控制线 由控制器完成

Tip: 软件和硬件在逻辑上是等价的
A：硬件可以用电路实现，软件可以用多次加法实现。

特点：

• 由五大部件
• 指令& 数据以同等地位(地址)在储存器
• 指令& 数据 二进制表示
• 指令由*操作码 地址码 *组成
• 存储程序
• 以运算器为中心

解释：数据通过输入设备先经过运算器为中转进存储器，存储器收到命令再把数据传给运算器（对应那个数据线双箭头）
效率有点差

现代计算机

以存储器为中心！
补充，存储器有主存&辅存

Q：辅存啥意思？
A：

硬件部件 工作原理

主存储器

存储体——数据在存储体内按地址存储

举例：

运算器——实现算术运算，逻辑运算

操作码6位 地址码10位，总共16位，计算机会自动拆分

控制器

🌀举例

eg: “取数”操作 int a = 2

其中，(部件) 表示硬件内存储的数据， OP(IR)表示指令集的操作码，M( )表示地址码
101 -> 5（引用到主存5地址的指令） 000001->取数操作 10-> 2（无地址存放的是Data:int类型的2）
补充：a=2存放到ACC后，PC计数器+1
**
eg2:” ab”
***
比上面多了个运算器的逻辑

eg3 停机

总结：

Q：x不是操作数寄存器么？为什么存a=2, “操作数怎么理解”
A：X准确应该是通用寄存器，既可以传输&存数据，也可以参与逻辑运算，在存数据那块可以看之前那个表格，在算术运算中它储存的是加数，ACC存储的是被加数

计算机系统的五层结构

虚拟机器——以为能和计算机对话。。。。

三种级别的语言

load 助记符就是 CU ACC理解的取数

• 编译程序——将高级语言编写的源程序一次性翻译为机器语言程序&执行
• 解释程序——翻译一句执行一句

计算机性能

存储器

总容量——存储单元个数存储字长（bit）
MAD位数反应*存储单元个数（2的对数），MDR位数反映每个存储单元的大小（bit）**
eg: MAD为32位,MDR为8位 总容量 2^32 * 8bit = 2^32 Byte = 4GB

CPU

CPU主频——CPU内脉冲信号震荡频率
** **
CPI——执行一条指令所需的时钟周期数
执行一条指令的耗时——CPI*时钟周期
eg:

IPS(Instructions Per Second):每秒执行多少指令