1.1 计算机分类
- 总体分类
- 电子模拟计算机
- 数值由连续量来表示,运算过程也连续
- 电子数字计算机
- 按位运算
- 电子模拟计算机
- 通用计算机分类
- 超级计算机
- 大型机
- 服务器
- PC 机
- 单片机
- 多核机
1.2 计算机发展史
- 摩尔定律
- 芯片上的晶体管每 18 个月翻一倍。
- 计算机性能指标
- 吞吐量
- 某一时间间隔内能够处理的信息量。
- 响应时间
- 从输入有效到系统产生响应之间的时间度量。
- 利用率
- 在给定时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率。
- 处理机字长
- 处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数,如32 位/64 位。
- 总线宽度
- CPU 中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
- 存储器容量
- 存储器中所有存储单元的总数目,单位:KB、MB、GB、TB。
- 存储器带宽
- 单元时间内从存储器读出的二进制数信息量,单位:字节数/秒。
- 主频/时钟周期
- CPU 的主频 :主时钟的频率,单位:MHz(兆赫兹)、GHz(吉赫兹)。
- CPU 时钟周期 :主频倒数,单位: 、
- CPU 执行时间
- CPU 执行一般程序所占用 CPU 时间
- CPI
- 每条指令周期数 (执行一条指令所需的平均时钟周期数)
- MIPS(Million Instructions Per Second)
- 平均每秒执行多少百万条定点指令数
- FLOPS (Floating-point Operations Per Second)
- 每秒执行浮点操作的次数
- EG:P5 例 1.1、例 1.2
- 吞吐量
1.3 计算机的硬件
- 运算器
- 二进制数计算
- 存储器
- 存储记忆运算数据/解题步骤。
- 存储单元
- 保存一个数的 16 个触发器
- 地址
- 每个存储单元的编号
- 存储容量
- 所有存储单元的总数
- 存储器分类
- 外存储器
- 磁盘存储器
- 光盘存储器
- 内存储器
- 半导体存储器
- 外存储器
- 控制器
- 从内存中取出解题步骤加以分析,执行某种操作。
- 指令
- 一个基本操作。
- 形式
- |操作码|地址码|
- 计算程序
- 解算某一问题的一串指令序列。
- 存储程序
- 将解题程序存放到存储器中。
- 程序控制
- 控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务。
- 指令系统
- 几十种基本指令构成系统。
- 结构分类
- 冯诺依曼结构
- 指令和数据放在同一个存储器。
- 哈佛结构
- 指令和数据放在两个存储器。
- 冯诺依曼结构
- 基本任务
- 控制指令按一定顺序一条接一条地运行。
- 取指周期
- 取指令的一段时间。
- 执行周期
- 执行指令的一段时间。
- 处理器 CPU
- 运算器和控制器通常被组合在一个集成电路芯片。
- 字长
- 一个字的二进制位数。
- 字分类
- 数据字
- 代表数据的字。
- 指令字
- 代表指令的字。
- 数据字
- 流分类
- 指令流
- 取指周期中从内存读出的信息流。
- 数据流
- 执行周期中从内存读出的信息流。
- 指令流
- 输入/输出设备
- 通过适配器与主机相连。
- 适配器相当于转换器。
- 系统总线
- 构成计算机系统骨架。
- 多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
- 传送地址、数据和控制信息。
- 构成计算机系统骨架。
- 通过适配器与主机相连。
1.4 计算机的软件
- 分类
- 系统程序
- 服务性程序
- 语言程序
- 操作系统
- 数据库管理系统
- 应用程序
- 用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。
- 系统程序
- 软件发展
- 手编程序/目的程序
- 直接使用机器语言编写。
- 计算机完全可以“识别”并执行。
- 汇编程序
- 汇编语言
- 文字、符号和数字按规定的格式来表示不同的指令。
- 汇编程借助汇编器把汇编语言翻译成目的程序(机器语言)。
- 汇编语言
- 源程序
- 算法语言
- 接近数学语言。
- 编译器
- 编译程序 + 运行系统
- 编译程序
- 机器语言编写。
- 将源程序翻译成目的程序。
- 运行系统
- 目的程序一般不能独立运行,需要运行系统辅助程序帮助。
- 链接器
- 将多个模块与库程序结合在一起以解析所有应用。
- 加载器
- 将机器代码放入合适的内存位置以便处理器执行。
- 算法语言
- 操作系统(软件系统)
- 管理计算机资源+自动调度用户的作业程序
- 数据库管理系统
- 数据库+数据库管理软件
- 手编程序/目的程序
1.5 计算机系统的层次结构
- 第五级
- 高级语言级
- 编译程序
- 面向用户
- 第四级
- 汇编语言级
- 汇编程序
- 第三级
- 操作系统级
- 操作系统
- 第二级
- 一般机器级
- 微程序
- 第一级
- 微程序设计级/逻辑电路级
- 直接由硬件执行