文章目录
计算机系统简介
课程概貌
讲述内容
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基本组件的结构和组织方式
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基本运算的操作原理
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基本部件和单元的设计思想
特色
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计算机组成的一般原理，不以具体机型为依托
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采用自顶向下的方式，层层细化
第一篇 概论
第一章 计算机系统概论
1.1计算机系统简介
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现代计算机的多态性
一、计算机的软硬件概念
1.计算机系统
软件：
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系统软件
用来管理整个计算机系统（如语言处理程序，操作系统，服务性程序，数据库管理系统，网络软件等）。 -
应用软件
按照任务需要编制成的各种程序。
二、计算机系统的层次结构
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系统复杂性管理的方法-1
√ 抽象
抽象就是将复杂物体的一个或几个特性抽出去，而只注意其他特性的行动或过程(如头脑只思考树本身的形状或只考虑树叶的颜色，不受它们的大小和形状的限制)。—-百度百科
抽象指高级的模型和低级的实体相对。—-维基百科
抽象-隐藏系统中不重要的细节 —-David Harris
三、计算机体系结构和计算机组成
计算机体系结构：机器语言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原理）
计算机组成：实现计算机体系结构所体现的属性。（具体指令的实现）
1.2计算机的基本组成
一、冯·诺依曼计算机的特点
1.计算机的5大部件
包括控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
运算器：执行算数运算和逻辑运算
控制器：指挥控制程序的执行
存储器：存放数据和程序
输入设备：将信息转换成机器能识别的形式
输出设备：将结果转换成人们熟悉的方式
2.指令和数据以同等定位存于存储器，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（程序存放在存储器中）
6.以运算器为中心
实线表示数据通路，虚线表示控制和状态反馈
二、计算机软件框图
1.以存储器为中心的计算机硬件框图
双实线表示数据的传输
2.现代计算机硬件框图
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系统复杂性管理的方法-2（3’Y）
-层次化（Hierachy）：将被设计的系统划分为多个模块或子模块
-模块化（Modularity）：有明确定义（well-defined）的功能和接口
-规则性（Regularity）：模块更容易被重用
三、计算机的工作步骤
1.上机前的准备
- 建立数学模型
- 确定计算方法
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编制解题程序
程序—-运算的全部步骤
指令—-每一个步骤
2.计算机的解题过程
（1）存储器的基本组成
MAR：存储器地址寄存器，反映存储单元的个数。
MDR：存储器数据寄存器，反映存储字长。
（2）运算器的基本组成及操作过程
ACC寄存器用于保存运算输入，同时也用于保存运算结果。乘法的计算结果会比原来的数据长度多出来一倍，使用MQ寄存器保存。
（3）控制器的功能及基本组成
功能：
√ 解释指令
√ 保证指令的按序执行
基本组成：
（4）主机完成一条指令的过程
主机由运算器、控制器、存储器构成。
取数指令：PC–>MAR–>存储体–>MDR–>IR–>CU,IR–>MAR–>存储体–>MDR.
存数指令：PC–>MAR–>存储体–>MDR–>IR–>CU,IR–>MAR–>存储体,ACC–>MDR.
（5）示例一个程序运行过程
最后一步打印结果即可。
1.3计算机硬件的主要技术指标
1.机器字长：CPU一次能处理的位数与CPU中的
寄存器位数
有关。（一般来说，机器字长越长，机器性能越好）
2.运算速度：主频、核数（每个核支持的线程数）。
决定计算机运算速度的关键因素是计算机中指令的执行时间多少。
指令的执行时间的计算指标一般有：吉普森法、CPI（执行一条指令所需的时钟周期数），IPC（一个时钟周期可执行的指令数），MIPS（每秒执行多少百万条指令，还涉及到每条指令涉及到多少的算数或者逻辑运算），
FLOPS
（每秒浮点运算次数，M百万，G十亿，P千万亿）。归根结底还是每条指令所需时间的加权平均值之和。
3.存储容量
存放二进制信息的总位数。
存储容量=主存容量+辅存容量
第二章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史
一、计算机的产生和发展
编程方式：使用手动搬动开关和拔插电缆来编程。于1955年退役。缺点：没有寄存器、计算太复杂。
现代计算机产生的驱动力
- 需求，需求、需求
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技术发展
*电子技术的发展
*计算机体系结构技术的发展
IBM 360
IAS计算机
二、微型计算机的出现和发展
目前芯片上可集成超过30亿个晶体管。
集体管的数量和时间的关系
Moore定律：摩尔定律(Moore’s Law)摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。 其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
三、软件技术的兴起和发展
1.各种语言
面向机器：机器语言、汇编语言
面向问题：高级语言
FORTRAN 科学计算和工程运算
PASCAL 结构化程序设计
C++ 面向对象
Java 适应网络环境
2.系统软件
3.软件发展的特点
2.2 计算机的应用
2.3 计算机的展望
第二篇 计算机系统的硬件结构
第三章 系统总线
第三篇 CPU
ALU、CU、CPU等
第四篇 CU