计算机系统概述

总览

• 计算机的发展历程
• 计算机系统层次结构
  • 计算机系统的基本组成
  • 计算机硬件的基本组成
  • 计算机硬件和软件的关系
  • 计算机的工作过程
• 计算机性能指标
  • 吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS

1. 计算机发展历程
   1. 硬件发展历程
      1. 电子管时代
      2. 晶体管时代
      3. 中小规模集成电路时代
      4. 超大规模集成电路时代
      5. 智能计算机
      6. 生物计算机与量子计算机
   2. 计算机硬件的更新换代
      1. 摩尔定律
      2. 半导体存储器的发展
      3. 微处理器的发展
   3. 软件的发展
2. 计算机系统层次结构
   1. 计算机系统的基本组成：硬件和软件
   2. 计算机硬件的基本组成
      1. 存储器：主存、辅存、地址寄存器（MAR）、数据寄存器（MDR）
      2. 运算器：若干通用寄存器，如累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基质寄存器（BR）等，前三个是必须的。还有程序状态寄存器（PSW）
      3. 控制器：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）
      4. 输入设备
      5. 输出设备
   3. 计算机软件的分类
      1. 系统软件、应用软件
      2. 机器语言、汇编语言、高级语言
3. 计算机性能指标
   1. 吞吐量：信息流入、处理和流出系统的速率。
   2. 响应时间：从提交作业到该作业得到CPU相应所经历的时间。
   3. 主频：机器内部主时钟的频率，时钟周期的倒数。如果主频为8MHz，时钟周期为0.125us，即每秒有8M个时钟周期
   4. CPU周期：又称及其周期，通常用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。一个指令周期常由果敢个CPU周期构成
   5. CPU时钟周期：主频的倒数，CPU的最小时间单位
   6. CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数
   7. MIPS：每秒可执行百万条指令数
   8. FLOPS：每秒执行的浮点运算数
   9. CPU执行时间：CPU对某特定程序的执行时间
4. 注意：
   1. 一条特定指令的CPI是确定的值，而某个程序的CPI是一个平均值
   2. 按字节寻址时和数据线没有任何关系，只和地址线有关（仅当按字节寻址时考虑数据线，通过数据线来判断字长）
   3. 地址指向存储单元，每个单元1B 例如，有20条地址线，按字节寻址是1MB