一、计算机的发展历程
1.1 计算机硬件的发展
1946年世界第一台电子数字计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer）
第一代计算机 – 电子管时代，逻辑元件-电子管
第二代计算机 – 晶体管时代，逻辑元件：晶体管
第三代计算机 – 中小规模集成电路时代，逻辑元件：中小规模集成电路
第四代计算机 – 超大规模集成电路时代，逻辑元件：大规模和超大规模集成电路
1.2 计算机元件的更新换代
1、摩尔定律
- 当价格不变，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍
2、半导体存储器的发展
3、微处理器的发展
- 32位，64位指的是机器字长，是指计算机一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
1.3 计算机软件的发展
二、计算机系统层次结构
2.1 计算机系统的组成
计算机系统 = 软件系统+硬件系统
硬件是计算机中实际物理装置的总称
软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档
对于同一功能来说，若其可用软件实现也可用硬件实现，则称为软/硬件在逻辑功能上是等价的
2.2 冯诺依曼机基本思想
2.3 计算机硬件
1、CPU能直接访问的是存储器是主存储器
2、主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取，即按址存取方式
3、主存储器的基本组成
4、存储器存放二进制信息
- MAR存放地址，地址译码后找到所选的存储单元。
- MDR暂存从存储器中读取或写的信息
- 时序控制逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号
5、MAR、MDR虽然是存储器的一部分，但是在现代计算机中存在于CPU中，Cache也存在于CPU中
运算器核心：算术逻辑单元（ALU-Arithmetic and Logical, ALU）
运算器的寄存器：ACC、X、MQ、IX、BR，前三个是必有的
运算器中还有程序状态寄存器(标志寄存器)PSW
- 用于存放 ALU 运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息，如结果是否溢出、有无产生进位或借位、结果是否为负等。
控制器组成：PC程序计数器、IR指令寄存器、CU控制单元
PC – 存放当前欲执行指令的地址，具有自动+1的功能
IR – 存放当前的指令，内容来自MDR
运算器+寄存器集成到中央处理器CPU中，CPU和主存储器构成主机，除主机外的其他硬件统称为外设
2.4 计算机软件
软件分为 系统软件、应用软件
1、系统软件 – 作为系统资源提供用户使用
2、应用软件 – 指用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序
2.5 三个级别的语言
2.6 计算机系统的层次结构
第1级是微程序机器层，这是一个实在的硬件层，它由机器硬件直接执行微指令。
第2级是传统机器语言层，它也是一个实际的机器层，由微程序解释机器指令系统。
第3级是操作系统层，它由操作系统程序实现。操作系统程序是由机器指令和广义指令组成的，这些广义指令是为了扩展机器功能而设置的，是由操作系统定义和解释的软件指令，所以这一层也称混合层。
第4级是汇编语言层，这一层由汇编程序支持和执行，借此可编写汇编语言源程序。第5级是高级语言层，它是面向用户的，是为方便用户编写应用程序而设置的。
软件和硬件之间的界面就是指令集体系结构(ISA)，ISA 定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合，每条指令规定了计算机执行什么操作，以及所处理的操作数存放的地址空间和操作数类型。可以看出，ISA是指软件能感知到的部分，也称软件可见部分。
三、计算机系统的工作原理
3.1 ”存储程序“工作方式
3.2 从源程序到可执行文件
3.3 指令执行过程的描述
四、计算机的主要性能指标
4.1 机器字长
4.2 数据通路带宽（外部）
4.3 主存容量
4.4 运算速度
1）吞吐量和响应时间
- 系统吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量，主要取决于主存储器的存取周期
- 响应时间。指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得所需结果的等待时间。通常包括CPU 时间(运行一个程序所花费的时间)与等待时间(用于磁盘访问、存储器访问、J/0 操作、操作系统开销等的时间)。
2）主频和CPU时钟周期
3）CPI（Cycle Per Instruction）- 执行一条指令需要的时钟周期数
4)IPS (Instruction Per Second) – 每秒执行多少条指令
5）CPU执行时间。指运行一个程序所花费的时间
CPU性能（执行时间）取决于：主频、CPI和指令条数
6）MIPS(Million Instructions Per Second)，即每秒执行多少百万条指令
7)FLOPS(Floating-point Operations Per Second)，即每秒执行多少次浮点运算。
4.5 基准程序（Benchmarks）
五、几个专业术语
- RAM（Random Access Memory）是一种临时存储器，用于存储计算机正在运行的程序和数据。它具有快速的读写速度和随机访问的特点。
- ROM（Read-Only Memory）是一种只读存储器，用于存储固定的程序指令和数据。ROM中的数据在计算机断电时不会丢失，因此被称为非易失性存储器。
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