1.0 易错点
- 编译程序和解释程序对比，解释程序方法简单但运行速度较慢
- 软件与硬件再逻辑功能上等效，但不等价
- 系列机的基本特性是指令系统向后兼容
- 数据库系统不属于系统软件
- 机器字长是 CPU 一次运算的位数，一般是8的整倍数
- 存储字长等于 MDR 位数
- 数据字长等于 数据总线一次能并行传输的位数
- CPI 单位是周期数，和时间频率不直接相关
- 兼容指 软件 或 硬件 兼容
- 计算机体系结构和计算机组成的关系：前者抽象概念，后者为具体的实现方式
- 翻译程序指把高级语言翻译成目标代码的软件
1.1 计算机发展历程
硬件的发展
- 第一代计算机 1946-1957 电子管时代
- 第二代计算机 1958-1964 晶体管时代
- 出现Fortran
- 操作系统雏形
- 第三代计算机 1965-1971 中小规模集成电路
- 分时操作系统
- 第四代计算机 1972-今 超大规模集成电路
计算机分类
- 电子模拟计算机
- 电子数字计算机
- 适用性
- 专用计算机
- 通用计算机
- 指令和数据
- SISD 传统冯诺伊曼体系结构
- SIMD 阵列处理器和向量处理器系统
- MISD 不存在
- MIMD 多处理器和多计算系统
- 适用性
1.2 计算机系统层次结构
组成
- 硬件系统和软件系统共同构成
早期冯诺伊曼机
- 运算器位核心，并辅以存储器、控制器、输入输出设备，共五大部分
- 二进制
- 指令和程序共同存储，并且可以根据地址读写
- 指令按顺序存放
现代计算机结构
- 由于运算器发展迅速，存储器容量也增加迅速，现代结构基于早起冯诺伊曼机修改为以存储器为中心。
功能部件
- MAR (Memory Address Register)
- MDR (Memory Data Register)
- PC (Program Counter)
- IR (Instruction Register)
- ACC (Accumulator)
- MQ (Multiple-Quotient Register)
- ALU (Arithmetic and Logical Unit)
- CU (Control Unit)
- GPRs (General-Purpose Registers)
软件分类
- 系统软件（基础软件）
- 操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、分布式软件系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序
- 应用软件
- 特殊需求软件
- 注意数据库管理系统(DBMS)不是数据库系统(DBS)，后者包含了前者，不仅仅是系统软件
语言
- 语言级别
- 机器语言、汇编语言、高级语言
- 语言类型
- 翻译语言：基本都是翻译语言
- 解释程序：由程序代码至机器代码
- 编译程序：由高级语言至低级语言
- 汇编程序：又低级语言至机器代码
指令执行
- 取指 PC -> MAR -> M ->MDR ->IR 并且 (PC)+1 -> PC
- 译码 OP(IR) -> CU
- 执行累加 Ad(IR) -> MAR -> M -> MDR -> ACC
1.3 计算机的性能指标
主要指标
- 机器字长：一次运算处理的二进制位数
- 数据通路带宽
- 存储字长：存储单位
- 指令字长：通常为存储字长的整数倍
- 主存容量
- 运算速度
- 吞吐量
- 响应时间
- CPU 时钟周期
- CPU 主频
- 与时钟周期呈倒数关系
- CPI (Clock cycle Per Instruction)
- CPU 执行时间：一个程序所需要的时间
- 指令条数 * CPI / 主频
- MIPS (Million Instruction Per Second)
- 主频 * CPI / 10^6
- MFLOPS (Million Float-point Operation Per Second)
- GFLOPS (Giga Float-point Operation Per Second)
- TFLOPS (Tera Float-point Operation Per Second)
术语
- 系列机：具有基本相同的体系结构，用几乎同一套指令系统的不同型号机器
- 固件：将程序固定在 ROM (Read-Only Memory) 中组成的部件，固件性能指标介于软硬件之间