计算机组成原理（白中英版）绪论

绪论

预警:知识点框架看导图就够，本文不含具体概念的详细释义。

绪论

计算机发展历史

更新换代的计算机硬件

电子管时代
晶体管
中小规模集成电路
超大规模集成电路
超级规模集成电路

日益完善的计算机软件

汇编语言阶段
程序批处理阶段
分时多用户阶段
分布式管理阶段
软件重用
Web服务阶段

计算机的分类与应用

对比

数据表示方式
- 数字：0/1
- 模拟：电压
计算方式
- 数字：数字计数
- 模拟：电压组合、测量值
控制方式
- 数字：程序控制
- 模拟：盘上的连线
精度
- 数字：高
- 模拟：低
存储量
- 数字：大
- 模拟：小
逻辑判断能力
- 数字：强
- 模拟：无

应用

科学计算
自动控制
测量和测试
信息处理

计算机的特点和性能指标

特点

性能指标1

通用性能

吞吐量
- 某时间间隔内的处理信息量
响应时间

运算速度
- 输入有效——产生相应之间的时间
利用率
- 给定时间间隔实际被使用的时间所占比率

性能指标2

处理器相关

处理机字长
- 运算器中一次完成的二进制位数 32/64
主频
- CPU时钟频率
  
  即主时钟频率 F 用MHz和GHz（吉赫兹）度量
  也就是我们的主存容量
  - 主频=外频*倍频系数
时间周长
- CPU时钟周期
  
  主频的倒数 T=1/f us ns度量
  例如
  网速和时钟频率有关但是和CPU 是不同的时钟网速用贷带宽衡量：单位时间内内传送的信息量即吞吐量

性能指标3

总线+存储器

总线宽度
- （CPU<->存储器）互联的内部总线
  的二进制位数 32/64
总线带宽

网线其实就是外部总线因此也有带宽
WIFI是无线用无线频带带宽表示
- 单位时间内(内部)总线传送的二进制信息量字节数/秒
存储器容量
- 存储器存储单元总数目
  MB GB TB
存储器带宽
- 单位时间从存储器读出的二进制
  信息量字节数/秒

性能指标4

CPU时间相关

CPU执行时间
- 执行时间=时钟周期数x时钟周期
CPI平均时间周期数
- CPI=总时钟周期数/指令条数

性能指标5

MIPS每秒百万条定点指令数

不带小数点 million instruction per second
- IPS每秒指令数
FLOPS每秒浮点操作次数

带小数点 floating

计算机系统的硬件组成

主机

处理器CPU
- 运算器(ALU)
- 控制器(CU)
- 寄存器
内部总线
存储器
- 主存储
  - ROM
  - RAM
- 寄存器
- 高速缓存
- 辅助存储

外设

输入
- 键盘、鼠标、扫描仪
输出
- 显示器、打印机
辅助存储
- 网络设备
  - 网卡、调制解调器
- 外存
  - 硬盘、光盘、闪存

冯诺依曼的基本思想

二进制
存储程序、程序控制
执行顺序分支由转移指令实现
五大部件（围绕系统总线）
- 存储
  - 功能
    - 数据
    - 指令
  - 分类
    - 主存（内存）
      - 半导体器
      - 一个半导体触发器记忆一个二进制0/1
      - 速度快
    - 辅存（外存）
      - 速度较慢但便宜存储量大
  - 存储单元
    - 保存n位二进制的n个触发器是一个存储单元
    - 存储器地址
      - 存储单元编号（二进制）
    - 存储容量
      - 所有存储单元的总数
        
        一个存储单元保存8个二进制位
        
        KB MB GB TB
- 运算
  - 算数运算
  - 逻辑运算
  - 二进制数（位数即处理机字长）
- 控制
  - 指令
    - 操作的性质
      - 操作码
    - 操作的地址
      - 地址码
  - 取指周期
  - 执行周期
  - 指令流和数据流
    - 指令字
    - 数据字
    - 指令流
      - 取指周期中从内存读出的信息
        
        流向控制器
      - 时间在前先取指
    - 数据流
      - 执行周期从内存读出的信息流
        
        内存流向运算器
        
        运算器流向内存
      - 时间在后后读出/写入
- （适配器）（接口设备）
  - 输入
  - 输出

计算机系统的软件组成

软件

程序+数据+文档
硬件上运行的程序、相关的数据、文档
硬件是软件的工作基础
软件是硬件的功能的扩充、完善

语言发展阶段

手编程序
- 机器语言
目的程序
- 机器可以完全识别
汇编语言
- 汇编器/程序
  - 汇编语言程序/汇编源程序翻译成用机器语言表示的目的程序
高级语言
- 算法语言

语言处理

源程序
目的程序
编译程序
- 编译系统
  - 编译程序将源程序完全编译成可执行的目的程序
- 解释系统
  - 逐条解释逐条执行

计算机系统的组织结构

层次结构

虚拟机
- 应用软件
  - 可执行程序
- 系统软件
  - 高级语言级
    - C++，Java，编译程序等
  - 汇编语言级
    - 汇编语言代码、汇编程序
  - 操作系统级
    - 操作系统、库代码

软硬件界面ISA（这是最重要的层次）

  //ISA是偏向机器指令的指令集界面
  Q：HOW重要？
  A：指令系统：硬件设计的根据，软件设计的基础

物理机
- 一般机器级
  - 微程序
- 逻辑电路级
  - 硬件直接执行

软件和硬件的逻辑等价性

逻辑功能实现的等价性
- 任何指令的执行可以由软件实现也可以由硬件实现
- 任何操作的可以由软件实现，也可以由硬件实现
选择硬件/软件？
- 器件价格
- 速度
- 可靠性
- 存储容量
- 变更周期

计算机组成原理（白中英版）绪论【思维导图】【简化知识点】

计算机组成原理（白中英版）绪论

绪论

计算机发展历史

更新换代的计算机硬件

日益完善的计算机软件

计算机的分类与应用

分类

对比

应用

计算机的特点和性能指标

特点

性能指标1

性能指标2

性能指标3

性能指标4

性能指标5

相关概念

计算机系统的硬件组成

主机

外设

冯诺依曼的基本思想

计算机系统的软件组成

软件

分类

语言发展阶段

语言处理

计算机系统的组织结构

层次结构

软件和硬件的逻辑等价性

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