计算机组成原理之概论篇
计算机的发展简史
计算机发展的四个阶段
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第一阶段:电子管计算机
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第二阶段:晶体管计算机
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第三阶段:集成电路计算机
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第四阶段:超大规模集成电路计算机
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第五阶段(未来的计算机)：
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- 生物计算机
- 量子计算机
微型计算机的发展历史
摩尔定律： 集成电路的性能，每18~24个月就会提升一倍
计算机的分类
超级计算机
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功能最强、运算速度最快、存储容量最大的计算机
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多用于国家高科技领域和尖端技术研究
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大型计算机
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又称大型机、大型主机、主机等
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具有高性能，可处理大量数据与复杂的运算
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在大型机市场领域，IBM占据着很大的份额
迷你计算机(服务器)
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也称为小型机，普通服务器
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不需要特殊的空调场所
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具备不错的算力，可以完成较复杂的运算
大型机=>普通服务器
普通服务器已经代替了传统的大型机，成为大规模企业计算的中枢。
工作站
- 高端的通用微型计算机，提供比个人计算机更强大的性能
- 类似于普通台式电脑，体积较大，但性能强劲。
微型计算机(个人计算机，最普通的一类计算机)
- 从构成的本质上来讲，个人计算机与前面的分类无异
计算机的体系结构
- 冯诺依曼体系
- 现代计算机的结构
冯诺依曼体系：
将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构
冯诺依曼体系：
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- 必须有一个存储器
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- 必须有一个控制器
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- 必须有一个运算器
冯诺依曼体系：
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- 必须有输入设备
- 必须有输出设备
现代计算机都是冯诺依曼机
CPU和存储器速率之间的问题无法调和
现代计算机的结构
- 现代计算机在冯诺依曼体系结构基础上进行修改
- 解决CPU与存储设备之间的性能差异问题
计算机的层次与编程语言
- 程序翻译与程序解释
- 计算机的层次与编程语言
程序翻译与程序解释
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计算机执行的指令都是L0
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翻译过程生成新的L0程序，解释过程不生成新的L0程序
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解释过程由L0编写的解释器去解释L1程序
计算机的层次与编程语言
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- 硬件逻辑层
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- 门、触发器等逻辑电路组成
- 属于电子工程的领域
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- 微程序机器层
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- 编程语言是微指令集
- 微指令所组成的微程序直接交由硬件执行
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- 传统机器层
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- 编程语言是CPU指令集（机器指令）
- 编程语言和硬件是直接相关
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- 不同架构的CPU使用不同的CPU指令集
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- 操作系统层
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- 向上提供了简易的操作界面
- 向下对接了指令系统，管理硬件资源
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- 操作系统层是在软件和硬件之间的适配层
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- 汇编语言层
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- 编程语言是汇编语言
- 汇编语言可以翻译称可直接执行的机器语言
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- 完成翻译的过程就是汇编器
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- 高级语言层
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- 编程语言为广大程序员所接受的高级语言
- 高级语言的类别非常多，有几百种
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- 常见的高级语言有：Python、JAVA、C/c++,Golang等
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- 应用层
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- 满足计算机针对某种用途而专门设计
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计算机的计算单位
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容量单位
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- M
- G
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- T
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速度单位
容量单位
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在物理层面上，高低点平记录信息
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理论上只认识0/1两种状态
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0/1能够表示的内容太少了，需要更大的容量表示方法
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0/1 称为Bit（比特位）
这是因为进制的不同所决定的，平常商家所说的容量并不是以1024为进制的
速度单位
- 网络速度
- CPU频率
网络速度
为什么电信拉的100M光纤，测试峰值速度只有12M每秒？
网络常用单位为(Mbps)
100M/s = 100Mbps = 100Mbit/s (此处一Bit等于8位，所以真正的网速要除以8)
100Mbit/s = (100/8)MB/S = 12.5 Mb/S
CPU速度
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CPU的速度一般体现为CPU的时钟频率
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CPU的时钟频率的单位一般是赫兹(HZ)
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主流CPU的时钟频率都在2GHz以上
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Hz其实就是秒分之一
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并不是描述计算机领域所专有的单位
它是每秒钟的周期性变动重复次数的计量
每秒钟高低电频变换的次数
计算机的字符与编码集
- 字符编码集的历史
- 中文编码集
字符编码集的历史
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ASCII码
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Extender ASCII码
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字符编码集的国际化
ASCII码
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使用7个比特位就可以为完全表示ASCII码
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包含95个可打印字符
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33个不可打印字符（包括控制字符）
33+95 =128 = 2的7次方
小写字母a-z 33个控制字符，其他都是我们编程可见的字符
在计算机发展的早期，由于主要是英国和美国进行计算机的研究，所以ASCII码已经满足了人们使用的需求。但是随着发展，很多应用或者国家的符号都无法表示。
数学符号“
”
第一次对ASCII码进行扩充，7bits => 8bits
字符编码集的国际化
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欧洲、中亚、东亚、拉丁美洲国家语言的多样性
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语言体系不一样，不以有限字符组合的语言
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中国、韩国、日本等的语言最为复杂
中文编码集
中文编码集
