计算机组成原理(Principles of Computer Organization)
一.计算机系统概论
问题：现代计算机系统是由哪两部分组成的
回答：计算机系统由硬件与软件组成。
1.1.计算机系统简介
1.1.1.计算机系统由小到大依次是
1.1.2.sensors——>appliances——>laptop——>PC(personal computer)——>Server——>Mainframe——>HPC(High performance computer)
1.2 计算机软硬概念
1.2.1.计算机系统
1.2.2.软件
1.3.计算机系统的层次结构
1.3.1.简单的层次结构
1.3.2.程序语言的角度
问题2. 计算机组成与计算机体系结构从研究内容上来说有什么区别？
回答：
1.计算机体系结构定义了软、硬件间的交界面；定义了软硬件的职责与功能；提供了上层软件进行编写的时候，与下层硬件交互的接口。
2.计算机体系结构是概念性的结构与功能特性。
3.计算组成是实现计算机体系结构所体现的属性
二.计算机基本组成
2.1.冯诺依曼计算机
2.1.1.特点
1.由五大部件构成：计算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
2.指令与数据以同等的地位存于存储器，按地址访问。
3.指令与数据都是以二进制表示。
4.指令由操作码与地址码组成。
5.存储程序。
6.以运算器为中心。
2.1.2.冯诺依曼硬件框图
2.1.3.改进的硬件框图(以存储器为中心)
2.2.现代计算机
2.2.1.五大部件
1.运算器：ALU(arithmetic and logic unit)。
2.控制器：CU(control unit)。
3.存储器：分为主存与辅存。
4.输入设备
5.输出设备
运算器与控制器合并称为中央处理器（CPU/central processing unit）
CPU与存储器合并称为主机。
输入与输出设备合并称为I/O设备。
五大部件组成了计算硬件。
2.2.3.现代计算机的硬件框图
问题：现代计算机与冯诺依曼计算机的区别？
1.冯诺依曼计算机以运算器为中心，且运算器和控制器是分开，运算器就承担了更多工作。
2.现代计算机以存储器为中心。且运算器与控制器组成了CPU，承担关键的工作。
问题：一个现实中的问题如何用计算机解决？
子问题1：是不是所有的问题都能用计算来解决？
子问题2：假设我们面对的是一个可以由计算机解决的问题，那么如何解决？
回答：
1.建立数学模型。
2.确定计算方法。
3.编制解题程序。
2.2.4.指令格式举例
*指令由操作码与地址码组成。
2.2.5.指令的程序清单
*指令与数据以同等地位存储在存储器中。
2.2.6.存储器的基本组成
i.结构图
1.存储体：存储单元（由存储元件构成）。
存储单元存放一串二进制代码。
存储字存储单元中二进制代码的组合。
存储字长是存储单元中二进制代码的位数。
每个存储单元赋予一个地址（存储单元按地址访问），一个存储单元存放一个存储字。
2.MAR（Memory Address Register）：存储器地址寄存器，反映存储单元的个数。
3.MDR（Memory Data Register）：存储器数据寄存器，反映存储字长。
ii.举例
2.2.7.问题：运算器的结构是什么？功能是什么？如何工作的？
i.结构图
1.ACC（Accumulator）：累加器。
2.MQ（Multiplier-Quotient Register）：乘商寄存器。
3.ALU（arithmetic and logic unit）：算术逻辑单元。
4.X：数据寄存器。
ii.主要功能是完成算术运算和逻辑运算
iii. 工作过程
a.各大运算过程
b.加法（减法类似）
c.乘法
d.除法
2.2.8.问题：控制器的基本结构如何？功能是什么？
i.结构图
a.完成一条指令的过程
b.控制器的基本组成
ii.功能
1.解释指令。
2.保证指令按序进行。
2.2.9.主机完成一条指令的过程
a.以取数指令为例
b.以存数指令为例
c.试写一下ax^2+bx=c的程序运行过程。
三.计算机硬件的主要技术标准
问题：如果要买一台机器，如何选择合适的机器呢？
1.确定目的。
2.资金
3.性能（如何评价一台机器的性能？）
3.1.计算机的技术指标
3.1.1.机器字长
CPU一次能处理的数据的位数，与CPU中寄存器位数有关。
3.1.2.运算速度
i.主频
ii.核数，每个核支持的线程数
iii.吉普森法
iiii.CPI/Clock cycle Per Instruction（执行一条指令所需的时钟周期数）
iiiii.MIPS/Million Instructions Per Second（每秒执行百万条指令）
iiiiii.FLOPS/floating point operations per second
3.1.3.存储容量
四.知识来源
计算机组成原理（哈工大刘宏伟）135讲（全）高清
