计算机组成与系统结构第一课（计算机系统概述）
计算机系统的概述
计算机系统 = 硬件 + 软件
软件：
- 系统软件：用来管理整个计算机系统
- 应用软件：按任务需要编制成的各种程序
硬件：
逻辑元件的更新：
- 第一阶段：电子管
- 第二阶段：晶体管
- 第三阶段：中小规模集成电路
- 第四阶段：大规模，超大规模集成电路
计算机硬件的基本组成
早期的冯诺伊曼结构（冯诺伊曼机）
特点：
- 计算机由五大部件组成
- 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
- 指令和数据都用二进制表示
- 指令由操作码和地址码组成
- 存储程序，将指令和程序提前存入存储器中
- 以运算器为中心
现代计算机的结构
CPU = 运算器 + 控制器
现代计算机以存储器为中心
各个硬件的工作原理
1. 主存储器
构成：
- 存储体
- MAR（Memory Address Register）
- MDR（Memory Data Register）
目前这两个寄存器一般都集成在CPU中
大致过程：
CPU想要取得一个数据，它把想要的数据写到MAR存储地址寄存器中去，主存储器根据MAR中的信息找到相应的数据，再写入MDR存储数据寄存器中去，最后通过数据线路传给CPU
MAR位数反应存储单元的个数，MDR位数 = 存储字长
例：MAR = 4位 =====> 2^4个存储单元
2. 运算器
用于实现算术运算（加减乘除），逻辑运算（与或非）
构成：
- ACC：累加器，用于存放操作数，或运算结果
- MQ：乘商寄存器，在乘，除运算时，用于存放操作数或者操作结果
- x：通用的操作数寄存器，用于存放操作数
- ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算，逻辑运算
3. 控制器
CU：控制单元，分析指令。给出控制信号
IR：指令寄存器，存放当前执行的指令
PC：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加一功能
计算机系统的多层次结构
高级语言：C/C++，Java，pyhton等
汇编语言：助记符
机器语言：二进制代码
高级语言通过编译程序（编译器）成汇编语言，再通过汇编程序（汇编器）成为机器语言
编译程序：将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言的程序（只需翻译一次）
解释程序：将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句，并立即执行。紧接着翻译下一句（每次执行都要翻译）
计算机的性能指标
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总容量
总容量 = 存储单元个数 x 存储字长 bit = 存储单元个数 x 存储字长/8 Byte
e.g. MAR为32位，MDR为8位，总容量 = 2^32 * 8 bit = 4GB
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CPU的性能指标
CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率
CPU时钟周期：每个脉冲信号的时间（与CPU主频互为倒数）
CPI：执行一条指令所需的时钟周期数（可变的）
执行一条指令的耗时 = CPI x CPU时钟周期
CPU执行时间（整个程序的耗时） = CPU时钟周期数/主频 = （指令条数 * CPI）/ 主频
IPS：每秒执行多少次指令 = 主频 / 平均CPI
FLOPS：每秒执行多少次浮点运算
