计算机组成原理和结构图式（第一章 概论）
计算机组成原理和结构图式（第一章 概论）
1、计算机硬件概念
CPU（中央处理器）
构成：运算器、控制器、寄存器组
运算器：算术运算（定点数、浮点数）和逻辑运算
控制器：微命令（组合逻辑和微程序控制方式）
寄存器组：存放数据信息和控制信息
存储器
缓存>主存>外存
主存：固定地址CPU按地址访问，与CPU合称主机
外存：先调入主存
高速缓存：CPU和主存之间，集成在CPU内部
输入/输出设备（Input/Output，I/O）外设
总线
分时共享：一发多收
系统总线分为
（1）数据总线（运算器）
（2）控制总线（控制器）
（3）地址总线（存储器）
2、计算机软件概念
1.系统软件
操作系统（operation system，OS）
DOS（磁盘操作系统）：键盘命令
Windows：图形化人机操作界面
程序作为文件由操作系统管理
提供软件开发环境和运行环境
语言处理程序：将源程序转换为指令序列（机器语言）即“翻译”
解释程序：三程序并行
编译程序：1由1变1
汇编：将用汇编语言编写的源程序转换为目标程序，该转换程序称汇编程序
数据库管理系统（DBMS）
各种服务性支撑软件，软件平台技术
各种标准程序库，库文件
2.应用软件
3、硬件、软件层次结构
自下而上：计算机系统的逐级生成过程
拟定指令系统（软件归宿，指令系统即传统机器级，连接软硬件的界面）—＞创建硬件系统（硬核，核心是CPU和主存，分为下层的硬联逻辑和上级微程序控制器）—＞配置操作系统—＞配置语言处理程序及各种软件资源（应用程序）—＞输入用户程序
自上而下：应用计算机求解问题的过程
系统分析级（需求分析、算法、建模）—＞用户程序级（编程）—＞操作系统级（语言处理）—＞传统机器级（机器语言级）—＞硬件系统级
从语言功能角度划分的层次结构模型
1）机器语言－汇编语言（助记符描述指令）
2）虚拟机：通过配置软件，扩充机器功能后形成的一台计算机，实际硬件不具备这种语言功能。机器语言之后的都是具备该语言程序的虚拟机。
3）大多数程序是直接翻译为机器语言，也有层级翻译：专用语言虚拟机－＞高级语言虚拟机－＞汇编语言虚拟机－＞机器语言物理机
4、计算机主要性能指标
1）基本字长：CPU一次能处理的数据位数
- 如８位，３２位，６４位
- 影响计算精度、硬件成本、指令系统功能
- 某些如字符信息只需要８位１字节表示
2）外频（系统时钟频率），一般不用外频评价，但是基础
3）CPU综合性能
- CPU主频ｆ＝外频×倍频系数，也叫CPU时钟频率
- 倒数为时钟周期，与CPU完成一步微操作用时对应
- 每秒执行指令数IPS等
4）数据通路宽度和数据传输率
- 数据通路宽度（W，位宽）：总线一次并行传送的数据
- CPU内部位宽＝CPU基本字长＝CPU内总线位宽
- CPU外部位宽＝系统数据总线位宽
- 数据传输率（Data Transfer Rate，DTR，带宽）：单位时间传输的数据量
- 单位ｄｐｓ
- 公式：DTR＝D／T＝W×ｆ
- D为数据传输量，T为数据传输时间
- W为数据通路宽度，ｆ是工作频率
5）存储容量
- 主存（内存）容量－表示单位，因编址单元不同
- 字节数字节（Byte，B）为单位（多）
- １B＝８bits（位）
- K＝２＾１０B，M２G３T４
- 字数×位数（字长）（不为８）表示
- 最大可编址单元数（编址空间）由地址线位数决定
- 字节数字节（Byte，B）为单位（多）
- 辅存（外存）容量
- 操作系统通过虚拟存储技术管理外存，外存有效容量取决于存储器自身，与地址总线位数无关
6）外设和软件配置
5、冯诺依曼思想
硬件：硬件系统五大部件
- 存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备
机器：采用二进制表示信息
- 数字代码表示各类信息，数字信号表示数字代码
- 优势：储存、精度、表示范围、抗干扰能力
- 数字逻辑处理
软件：采用存储程序的工作方式
6、计算机发展趋势
巨型化、微型化、多媒体化、网络化、智能化
