计算机系统概论

计算机的软硬件概念

1. 计算机系统

2. 计算机系统的层次结构

• 系统复杂性管理的方法(物理)
  抽象(隐藏系统中不重要的细节)
• 系统的复杂性管理方法(程序员)
  

3. 计算机体系结构和计算机组成

| 计算机体系结构 | 程序员所见到的计算机系统的属性 概念性的结构与功能特性(指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理) |
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| 计算机组成 | 实现计算机体系结构所体现的属性（具体指令实现） |

计算机组成实现计算机体系结构的方法

计算机的基本组成

冯·诺依曼计算机的特点

1. 计算机由五大部件组成(运算器存储器控制器I/O设备)
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
3. 指令和数据用二进制表示
4. 指令由操作码和地址码组成
5. 存储程序(具有这个特点的都称为冯诺依曼计算机)
6. 以运算器为中心

冯·诺伊曼计算机硬件框图

运算器(核心)：算数运算、逻辑运算
存储器：存放数据和程序
控制器：指挥控制程序的运行
输入设备：将信息转换成机器能识别的形式，通过运算器保存到存储器
输出设备：将结果转换成人们熟悉的形式

缺点：运算器负担太大，不具有层次

计算机硬件框图(改进)

1.以存储器为中心的计算机硬件框图

2. 现代计算机硬件框图

系统复杂性管理的方法

• 层次化：将被设计的系统划分为多个模块或子模块，把大问题分成小问题解决
• 模块化：有明确定义的功能和接口，用来组装划分的小模块
• 规则性：模块更容易被重用

指令格式 :

操作码	地址码

指令和数据以同等的地位保存在存储器

计算机的解题过程

1. 存储器的基本组成

• 存储体由多个存储单元组成，存储单元由多个存储元件组成
• 存储单元存放一串二进制代码
• 存储字是存储单元中二进制代码的组合
• 存储字长是存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址
• 存储单元按地址寻访
• MAR存储器地址寄存器，反应存储单元的个数
• MDR存储器数据寄存器，反应存储字长

2. 运算器的基本组成及操作过程

ACC累加器
ALU算术逻辑单元
MQ乘商寄存器
X操作寄存器

	ACC	MQ	X
加法	被加数和		加数
减法	被减数和		减数
乘法	(乘积高位)	乘数(乘积低位)	被乘数
除法	被除数	商	除数

3. 控制器的基本组成

• 取指令需要地址，地址保存在PC寄存器当中
• PC存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能(下一个指令的地址)(PC) + 1 → PC
• IR(指令寄存器)存放当前欲执行的指令操作码，包括在分析指令过程
  -CU控制单元(核心)
  

4. 主机完成一条指令的过程

运算器、控制器、存储器构成了计算机的主机

例子
ax²+bx+c程序的运行过程

• 将程序通过输入设备送至计算机
• 程序首地址→PC
• 启动机器运行程序
• 取指令 PC→MAR→存储体→MDR→IR，(PC) + 1 → PC
• 分析指令IR(操作码部分，用OP表示)→CU(对操作码进行分析)
• 执行指令(也是取数指令，要取的数的地址保存在IR里)IR(地址码部分，用Ad表示)→MAR→存储体→MDR→ACC
• 打印结果(也要经过取、分析、执行)
• 停机

计算机硬件的主要技术指标

1. 机器字长 CPU一次能处理数据的位数，与CPU中的寄存器位数有关

2. 运算速度

   1. 主频
   2. 核数 每个核支持的线程数
   3. 吉普森法
   4. CPI 执行一条指令所需时钟周期数
   5. MPIS 每秒执行百万条指令
   6. FLOPS 每秒浮点运算次数

3. 存储容量(存放二进制信息的总位数)

   1. 主存容量
      1. 存储单元个数X存储字长(如MAR=10,MDR=8。MAR有2的10次方个编号，记为1K，有1K个存储单元。每个存储单元当中保存了八位二级制信息，这个存储体容量可以写成 1K X 8 位)(MAR=16,MDR=32 则 64K X 32位)
      2. 字节数 如2的13次方b = 1 KB，2的21次方b = 256KB
   2. 辅存容量
      1. 字节数 80GB

标签：计算机系统,计算机,存储器,PC,地址,指令,存储单元,概论
来源： https://www.cnblogs.com/cloud0-0/p/15772713.html