计算机发展历程

发展历程：电子管-晶体管-集成电路-大规模集成电路
分类：模拟计算机、数字计算机、专用计算机、通用计算机；单片机、微型机、工作站、服务器、大型机、超级计算机

计算机层次结构

• 硬件：看得见摸得着的物理设备
  • CPU
    • 运算器：由算术逻辑运算部件+寄存器+数据通路组成，实现数据的加工处理（执行周期）
    • 控制器：内存中取指令，译码，控制取操作数，控制执行指令，形成下条指令地址（取指周期）
    • 寄存器（地址寄存器MAR、数据寄存器MDR）
  • 储存器
    • 内存RAM：容量小存取速度快，CPU可直接访问，掉电后信息丢失，基本储存单元是触发器
    • 外存ROM：容量大存取速度慢，CPU不可访问，可永久保存
    • 高速缓冲储存器：解决内存与CPU处理速度的差异问题，以提高访问效率
  • 输入输出设备
  • 适配器、组织结构等
• 软件：程序+数据+文档（机器不可执行的文档资料）
• 固件：只读储存器及其写入的软件

冯诺依曼计算机

• 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成
• 采用二进制表示数据和指令
• 采用储存程序控制方式（指令驱动），指令由操作码和地址码构成
• 指令和数据以同等地位储存在储存器中，由指令周期的不同阶段区分
• 按地址访问，并顺序执行指令
  

不同级别的指令

• 机器指令：CPU能直接执行的二进制代码
• 汇编指令：格式操作码 ,操作数
• 高级语言：程序员写的，计算机需要编译后执行

计算机性能指标

• 吞吐量（运算速度）：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量
• 响应时间：表征从输入有效命令到系统产生响应之间的时间度量
• 利用率：在给定的时间间隔内，系统/部件被实际使用的时间所占的比率
• 机器字长：指CPU运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机
• 总线宽度：一般指CPU中的运算器与内存储器之间互连总线完成一次操作可传输的二进制位数
• 储存器容量：指主存储器所能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量，单位KB MB GB TB 储存器容量=存储单元个数*存储字长
• 存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示
• 主频/时钟周期：CPU 的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟信号。主时钟的频率叫主频（单位MHZ GHZ），其倒数称为时钟周期（单位微秒纳秒）
• CPU执行时间：表示CPU执行一段程序所占用的时间，tcpu=CPU时钟周期数*CPU时钟周期=CPU时钟周期数/主频= (指令条数*CPI)/主频
• CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期数CPI=执行程序所需的CPU时钟周期数/该程序包含的指令条数
• MIPS：平均每秒执行多少百万条定点指令数，MIPS=指令条数/(程序执行时间*106)
• FLOPS：平均每秒执行浮点操作的次数，FLOPS=程序中的浮点操作次数/程序执行时间(秒)
• 位（bit）：一个二进制位
• 字节（Byte/B）：八个二进制位
• 机器字长（word）：一个字有N个字节，通常为N*8位

例题