一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

硬件+軟件

軟件=系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、DBMS、服務(wù)程序）和應(yīng)用軟件（QQ）

硬件的發(fā)展

電子管時(shí)代-晶體管時(shí)代-中小規(guī)模集成電路時(shí)代-大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時(shí)代

軟件的發(fā)展

目前的發(fā)展趨勢

更微型、多用途、更巨型、超高速

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計(jì)算機(jī)硬件的基本組成

早期馮諾依曼機(jī)的結(jié)構(gòu)

存儲程序是指將二進(jìn)制代碼的形式事先輸入計(jì)算機(jī)的主存儲器，然后將其在存儲器的首地址執(zhí)行程序的第一條指令，之后就按該程序規(guī)定順序執(zhí)行其他指令，直至程序執(zhí)行結(jié)束。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，軟件和硬件在邏輯上是等效的。

計(jì)算機(jī)由五大部件組成，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，可按地址尋訪，指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示，指令由操作碼和地址碼組成，存儲程序，以運(yùn)算器為中心。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

以存儲器為中心

CPU=運(yùn)算器+控制器

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各個(gè)硬件的工作原理

主存

存儲體：存儲元、存儲單元、存儲字、存儲字長、地址

存儲單元是存放一串二進(jìn)制代碼的地方

存儲字是存儲單元中二進(jìn)制代碼的組合

存儲字長是二進(jìn)制單元代碼的位數(shù)

存儲元是存儲二進(jìn)制的電子原件，每個(gè)存儲元可存1bit

MAR：地址寄存器，用于指明要讀寫哪個(gè)存儲單元，其位數(shù)反映存儲單元數(shù)量。

MDR：數(shù)據(jù)寄存器，用于暫存要讀寫的數(shù)據(jù)，其位數(shù)=存儲字長

運(yùn)算器

ACC：累加計(jì)數(shù)器，存放操作數(shù)，運(yùn)算的結(jié)果

MQ：乘商寄存器，進(jìn)行乘除法時(shí)用到

X：通用寄存器，存放操作數(shù)

ALU：算術(shù)邏輯單元，用電路實(shí)現(xiàn)各種算數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算。

控制器

PC：程序計(jì)數(shù)器，存放下一條指令的地址

IR：指令寄存器，存放當(dāng)前執(zhí)行的指令

CU：控制單元，分析指令，給出控制信號

工作過程

初始：指令、數(shù)據(jù)存入主存，PC執(zhí)行第一條指令

從主存中取指令放入IR、PC自動加1，CU分析指令、并指揮其他部件執(zhí)行指令。

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計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)

五層

高級機(jī)器語言-匯編機(jī)器語言-操作系統(tǒng)語言-傳統(tǒng)機(jī)器-微程序機(jī)器

三個(gè)級別的語言

高級語言、匯編語言、機(jī)器語言

編譯程序-將高級語言一次全部翻譯為匯編語言或者直接翻譯為機(jī)器語言

匯編程序-將匯編語言翻譯成機(jī)器語言

解釋程序-高級語言翻譯為機(jī)器語言（翻譯一句執(zhí)行一行）

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計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)

機(jī)器字長

CPU一次能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。

主存容量

主存能存儲數(shù)據(jù)的最大容量，通常用字節(jié)數(shù)來表示

MAR反映存儲單元的數(shù)量，MDR反映每個(gè)存儲單元的大小

數(shù)據(jù)通路帶寬

外部數(shù)據(jù)總線一次能并行傳送信息的位數(shù)

運(yùn)算速度

吞吐量：系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)處理請求的數(shù)量

響應(yīng)時(shí)間：從用戶提交作業(yè)到該作業(yè)得到CPU響應(yīng)所經(jīng)歷的時(shí)間

主頻：計(jì)算機(jī)內(nèi)部主時(shí)鐘的頻率

CPU時(shí)鐘周期：CPU中最小的時(shí)間單位，是主頻的倒數(shù)

CPU周期：又稱為機(jī)器周期，通常從主存讀取一條指令字的最短時(shí)間來衡量

CPI：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)鐘周期數(shù)

CPU執(zhí)行時(shí)間：CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時(shí)間=（指令條數(shù)*CPI）/主頻

MIPS：每秒可執(zhí)行百萬條指令數(shù)。

FLOPS：每秒執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)

IPC：CPU的每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令數(shù)=主頻/CPI

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描述存儲容量時(shí)、文件大小時(shí)，K=2的10次方，M，G，T

描述頻率、速率：K=10的3次方，M，G，T，P