计组 Chapter1 计算机系统概述

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

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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

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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

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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

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以存储器为中心!
补充,存储器有主存&辅存
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Q:辅存啥意思?
A:

硬件部件 工作原理

主存储器

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存储体——数据在存储体内按地址存储
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举例:image.png

运算器——实现算术运算,逻辑运算

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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

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🌀举例

eg: “取数”操作 int a = 2
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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”
*
image.png**
上面多了个运算器的逻辑

eg3 停机
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总结:image.png

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

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虚拟机器——以为能和计算机对话。。。。

三种级别的语言

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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
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CPU

CPU主频——CPU内脉冲信号震荡频率
** image.png**
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:image.png

IPS(Instructions Per Second):每秒执行多少指令
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