绪论

Contents:

1.计算机的分类

2.计算机发展简史

3.计算机硬件

4.计算机软件

---

A. 计算机分类

电子模拟计算机 电子数字计算机--->专用计算机&通用计算机-->超级计算机 大型机 服务器 PC机 单片机 多核机

比较内容	数字计算机	模拟计算机
数据表示方式	数字 0和1	电压
计算方式	数字计算	电压组合和测量值
控制方式	程序控制	盘上连线
精度	高	低
数据存储量	大	小
逻辑判断能力	强	无

B.计算机发展简史

第一代：1946—1957年，电子管，数据处理。 第二代：1958—1964年，晶体管，工业控制。 第三代：1965—1971年，中小规模集成电路，小型计算机。 第四代：1972—1990年，大规模和超大规模集成电路，微型计算机。 第五代：1991年开始，巨大规模集成电路，单片机。

半导体发展:

20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环(磁芯)做成。 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器。 从1970年起，半导体存储器的存储密度不断提高：单个芯片容量为1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、1GB等。 其中1K=2^10,1M=2^20,1G=2^30。

微处理器发展

1971年：Intel 4004，4位。 1972年：Intel 8008，8位。 1974年：Intel 8080，8位，第一个通用微处理器。 20世纪70年代末： Intel 8086/8088，16位。 1981年：贝尔实验室和HP公司开发出了32位单片微处理器。 1985年：Intel 80386，32位。 到现在的64位处理器和多核处理器。

计算机性能指标

吞吐量：一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。 响应时间：从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。 利用率：在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。 处理机字长：处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。 总线宽度：CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。 存储器容量：存储器中所有存储单元的总数。

存储器带宽:单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。

主频/时钟周期:CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟的频率叫CPU的主频，主频的倒数称为CPU的时钟周期。

CPU执行时间:CPU执行一段程序所占用的CPU时间，为 CPU执行时间=CPU时钟周期数×CPU时钟周期

CPI:执行一条指令所需的平均时钟周期数. CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数÷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=指令数÷(程序执行时间×106)

FLOPS:每秒执行浮点操作次数. FLOPS=程序中的浮点操作次数÷程序执行时间(s)

Ex: 对于一个给定的程序，IN表示执行程序中的指令总数，tCPU表示执行该程序所需的CPU时间，T为时钟周期，f为时钟频率（T的倒数），Nc为CPU时钟周期数。设CPI表示每条指令的平均时钟周期数，MIPS表示每秒钟执行的百万条指令数，请写出如下四种参数的表示式： （1） tCPU 　（2）CPI　（3）MIPS　（4） Nc

C.计算机硬件

构成

运算器

存储器

控制器

功能: 从内存中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作。

1、计算程序： 指令：计算机完成的每一个基本操作。 计算程序：简称程序，解决某一问题的指令序列。 2、指令的形式：操作码&地址码

​ 相关概念: 存储程序 程序控制 指令系统

冯·诺依曼计算机的设计思想: 存储程序并按地址顺序执行.

3、控制器的基本任务： 不断地取指令，分析和执行指令。

程序计数器PC的作用：保存将要执行的指令的地址。

4、指令流和数据流： 问题：如何区分计算机中的信息流是指令还是数据？ 指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器 数据流：执行周期中从内存读出的信息流，流向运算器

IO设备

输入设备：把人们熟悉的信息形式变为二进制。

输出设备：把计算机的处理结果变为人或其它设备能识别的信息。

适配器：也叫作接口，连接系统总线和外设。

系统总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。

D.计算机软件和系统层级

软件组成分类

多级组成的计算机系统

软件硬件等价性

​ 任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。 ​ 取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量和变更周期等因素。 ​ 固件：把程序保存在只读存储器ROM中。 ​ 从功能来说，是软件；从形态来说，是硬件。