第一章 计算机系统概论
1.1计算机系统简介
前言：
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1964年 美国 ENIAC 电子管
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1946-1957 电子管
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1958-1964 晶体管
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1965-1971 中小规模集成电路
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1971 微处理芯片
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1970 存储芯片
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Moore定律：微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番
一、计算机系统：硬件+软件
1.软件：
（1）系统软件：用来管理整个计算机系统：语言处理程序，操作系统，服务性程序、数据库管理系统、网络软件
（2）应用软件：按任务需要编制成各种程序
（3）计算机解题过程：高级语言程序---->翻译（编译-链接）-->目标程序（exe）--->运行-->结果
ps:语言处理程序：将汇编语言翻译成机器语言的汇编程序，或将高级语言翻译成机器语言的编译语言
2.固件：
（1）指那些存储在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，是具有软件功能的硬件。
（2）固件的性能指标介于硬件与软件之间，吸收了软、硬件各自的优点，其执行速度快于软件，灵活性优于硬件，是软、硬件结合的产物。
二、计算机系统的层次结构
1.软件：
（1）高级语言：用编译程序翻译成汇编语言程序
（2）汇编语言：用汇编程序翻译成机器语言程序
（3）操作系统：用机器语言解释操作系统，介于软件与硬件之间
2.硬件：
（1）机器语言：用微指令解释机器指令，计算机只能执行机器指令
（2）微指令系统：用硬件直接执行微指令（在组合逻辑电路中控制开关）
3.控制器的实现方式：组合逻辑（采用此方法到机器语言就完事）或微程序
三、计算机体系结构和计算机组成
1.计算机体系结构：指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理---有无乘法指令
2.计算机组成：具体指令的实现---如何实现乘法指令
1.2计算机的基本组成
一、冯·诺依曼计算机的特点
（1）计算机有五大部件组成：输入、输出、存储、运算、控制
（2）指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻址
（3）指令和数据用二进制表示
（4）指令由操作码和地址码组成
（5）存储程序：指令数据先存储，后结合CPU执行
（6）以运算器为中心
1.1 冯·诺依曼计算机硬件框图
二、计算机硬件框图
1.以存储器为中心的硬件框图
1.2 以存储器为中心的硬件框图
减少了运算器在运算的时候对输入设备的等待，以及运算器输出的时间
2.现代计算机硬件框图
1.3 现代计算机硬件框图
（1）主存：内存。
（2）辅存：外存，硬盘。
（3）内存与CPU的数据流动是双向的，CPU与I/O设备的数据流动也是双向的；
（4）蓝色箭头代表：I/O对CPU有一个反馈信息
3.指令格式
6 10
（1）ACC ： 累加器
（2）RTL级描述：寄存器转换语言来进行描述
（3）指令长度：16bit
（4）操作码必须有，地址码可以为空。
4.计算机的解题过程
（一）存储器的基本组成
（1）机器字长：CPU中在同一时间内一次能够处理的二进制的位数，即：运算器中参加的寄存器的位数（能存几个二进制的数）
（2）指令字长：一条指令的二进制代码位数。有定长和不定长两种。
（3）MAR：存储器地址寄存器，反映存储单元的个数。（address）
（4）MDR：存储器数据寄存器，反映存储字长。（data）
（5）存储容量：存放二进制信息的总位数。
例：设MAR=4位，MDR=8位；
则存储单元有2^4个，存储字长为8。存储容量大小为：2^4*8=128bit=16B
（二）运算器的基本组成及操作过程
MQ：乘商寄存器
ACC：只能放一位
（1）加法操作过程
（2）减法操作过程
（3）乘法操作过程
（4）除法操作过程
（三）控制器基本组成
（1）IR：指令寄存器
（2）PC：程序计数器
（四）主机完成一条指令的过程
例如：ax^2+bx+c
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将程序通过输入送至计算机；
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程序首地址 PC；
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启动运行程序；
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取指令：PC--->MAR--->M--->MDR--->IR； (PC+1)--->PC ;
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分析指令：OP(IR)--->CU ；
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执行指令：Ad(IR)--->MAR--->M--->MDR--->ACC ；
……
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打印结果 ；
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停机 ；
1.3计算机硬件的主要技术指标
注：
（1）主频G：1.2G=1.2*10^9，此处主频G与10有关的，与总线频率一样，其单位是Hz(赫兹)
（2）主频：1秒钟有多少脉冲信号，也可以说是1秒钟有多少时钟周期数；
（3）时钟周期：一个脉冲有多长；时钟周期 = 1秒/1G=1*10^9=1ns(纳秒)
（4）吉普森法：基本没有考过，了解。
（5）此处的MIPS不是MIPS指令集
（6）根据平均CPI，MIPS=G(MHz) / CPI ；（1MHz=10^6赫兹=百万条指令）
（7）程序执行时间 = P(指令的条数) * CPI / G
Pa = 指令条数 * CPIa / Ga =10s
Pb= 指令条数 * CPIb / Gb =6s ----------------->Gb = 800MHz
CPIb =1.2*CPIa
Ga=400MHz
注：单纯的提高机器上的主频，不一定提高运行速度。
至此第一章总结完毕，欢迎大家挑错。
