计算机发展历程与系统结构-优快云博客

一、计算机的发展历程

1、 发展经历的4代：电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代、超大规模集成电路时代

2、微型计算机的发展以微处理器技术为标志

3、到目前为止，计算机中所有的信息仍用二进制方式表示的原因是由物理器件的性能决定

4、计算机是一种能自动对数字化信息进行算术和逻辑运算的高速处理装置。

二、计算机系统层次结构

1、 计算机的基本功能： 数据加工、数据保存、数据传送和操作控制

2、 计算机系统的组成：硬件系统和软件系统组成。其中硬件系统是组成计算机的各种设备实体，是物质基础。软件系统是指各种程序的文件。软硬件在逻辑上是等效的。

3、 冯·诺依曼机的特点：1）计算机硬件系统是由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。2）指令和数据以同等地位存于存储器内，并可按地址寻访。3）指令和数据均由二进制代码表示。4）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器内的位置。5）指令在存储器内按顺序存放。6）早期的冯诺依曼机以运算器为中心，输入输出设备通过运算器与存储器传送数据。

4、存储器用来存放数据和指令，存储器分为主存储器（主存或内存储器）和辅助存储器（辅存或外存储器）。主存储器由许多存储单元组成，每个存储单元包含若干个存储元件，每个存储元件存储一位，故一个存储单元可以存储一串二进制代码，这串代码称为存储字，这串代码的位数称为存储字长。主存储器的工作方式是按照存储单元的地址进行存取的。

5、运算器的核心是算法逻辑单元（ALU），字长是ALU运算一次所能使用的二进制位数。

6、控制器是计算机的指挥中心，控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）组成。控制器正确分析与执行每条指令，保证指令按照规定序列自动连续的执行，对各种异常情况和请求及时响应和处理。

7、软件可以分为系统软件和应用软件。系统软件是一组保证计算机系统高效、正确进行的基础软件，主要有：操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、语言处理程序、分布式软件系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序等。

8、 计算机工作的过程： 1）把程序和数据装入到主存储器中。2）从程序的起始地址运行程序。3）用程序的首地址从存储器中取出第一条指令，经过译码、执行步骤等控制计算机各功能部件协同运行，完成这条指令功能，并计算下一条指令的地址。4）用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行，直到程序结束为止；每一条指令都是在取指、译码和执行的循环过程中完成的。

9、冯诺依曼机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分他们的依据是指令周期的不同阶段。其中取值周期取出的是指令，再执行周期取出的是数据。

三、计算机的性能指标

1、性能指标：机器字长、数据通路带宽、主存容量、运算速度

2、机器字长是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，字长越长，数的表示范围就越大，计算精度就越高。

3、数据通路带宽是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。

4、主存容量是指主存储器所能存储信息的最大容量

5、吞吐量指系统在单位时间内处理请求的数量

6、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它所需要的结果的等待时间。

7、 CPU时钟周期是主频的倒数，是CPU中最小的时间单位。CPI是指执行一条指令所需的时钟周期数。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 X CPI）/ 主频

8、 MIPS指每秒执行多少百万条指令。
MIPS = 指令条数 / （执行时间 X 10^6）= 主频 / CPI
MFLOPS指每秒执行多少百万次浮点运算。
MFLOPS = 浮点操作次数 / （执行时间 X 10^6）
GFLOPS每秒执行多少次十亿次浮点数运算
TFLOPS每秒执行多少万亿次浮点数运算