计组学习笔记----计算机系统概述

Posted 2022-12-03 雾晴

一、计算机的发展

计算机硬件的发展逻辑元件的不同可划分为四代

1. 第一代， 电子管时代（1946-1957），
   逻辑元件采用电子管，使用机器语言进行编程，其主存采用延迟线或磁鼓存储信息，容量极小，体积庞大，成本高，运算速度低。
   运算速度只有几千次到几万次每秒
2. 第二代，晶体管时代（1958-1964），逻辑元件采用了晶体管，运算速度提高到几万次到几十万次每秒，主存使用了磁芯存储器，计算机软件也得到了发展，开始出现了高级语言及其编译程序。
3. 第三代
   ，中小规模集成电路时代（1965-1971）逻辑元件采用中小规模集成电路，半导体储存器开始取代磁芯存储器，高级语言发展迅速，操作系统也进一步发展，开始有了分时操作系统。
4. 第四代，超大规模集成电路时代，逻辑元件采用大规模集成电路，产生了微处理器，诸如并行，流水线，高速缓存和虚拟存储器等概念用在了这代计算机中。

二、计算机层次结构

1、计算机系统的组成

计算机系统由硬件系统和软件系统共同构成，硬件系统是指有形的物理设备，软件是指允许在硬件上的程序和相关的数据及文档。计算机性能的好坏，很大程度上是由软件的效率和作用来表征的，而软件性能的发挥又离不开硬件的支持，对某一功能来说，其既可以用软件来实现又可以用硬件来实现，则称为软硬件在逻辑上是等效的

2、冯诺依曼体系

计算机由控制器、存储器、运算器、输入输出设备组成
指令和数据均以二进制代码表示，保存在存储器中，按地址访问
指令由操作码和地址码组成，在存储器中顺序存放
以运算器为中心，io通过运算器与存储器相连
而我们现代体系中，是以存储器为中心， io尽可能的绕过cpu，直接让io与存储器间完成

3、功能部件

我们现在使用的计算机结构依然是由冯诺依曼提出的，将计算机分为五个部分，

• 存储器： 主要是存储数据，严格意义上来说这里的存储器是指RAM也就是我们的运行内存，而硬盘则不属于存储器,存储字，存储MAR与MDR
• 运算器：负责算术运算和逻辑运算，
• 控制器：主要是用来控制、指挥程序和数据的输入、以及处理程序的运算结构
• 输入设备：用来输入数据，常见的输入设备有，键盘，
• 输出设备：将机器运算的结果转换成人们熟悉的信息

4、工作过程

1、程序和数据装入到主存，从程序起始地址开始执行
2、从起始地址取出第一条指令，译码执行并计算下一条指令地址，
3、取出下条指令地址，在取值，译码，执行间往复，直到执行完毕

二、计算机性能指标

机器字长： 指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数。（通常与CPU的寄存器、加法器有关。

数据通路宽带：指数据总线一次所能并行传送信息的位数（指外部数据总线的宽度，与CPU内部的数据总线宽度有可能不同）

主存容量： 指主存储器所能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量，也可用字数字长来表述存储容量。

运算速度

1）吞吐量:指系统在单位时间内处理请求的数量

2）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、I/O操作、操作系统开销等时间）

主频和CPU时钟周期：

1）CPU时钟周期：
cpu的工作节拍受一个主时钟控制，主时钟的频率叫主频，主频的倒数叫cpu的时钟周期，
2）主频：
CPI：执行一条程序所用的时钟周期数
CPU执行时间：指运行一个程序所花费的时间。
CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频=（指令条数CPI)/主频MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS