第一章 系统概述

1.1 计算机发展史

1.1.1 计算机软硬件的发展

计算机硬件的发展

电子管（真空管）时代：第一台电子数字计算机：ENIAC，使用机器语言
晶体管时代：第一台使用晶体管线路的计算机：TRADIC；面向过程的程序设计语言：FORTRAN，有了操作系统雏形
中小规模集成电路时代：高级语言迅速发展，开始有了分时操作系统
大规模、超大规模集成电路时代：产生了微处理器；产生新概念：并行、流水线、高速缓存等

机器字长：计算机一次整数运算所处理的二进制位数

操作系统位数：其所依赖的指令集的位数

摩尔定律：揭示了信息技术进步的速度，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，整体性能也将提升一倍。

半导体存储器的发展史：1970年，仙童公司生产出第一个较大容量的半导体存储器。

计算机软件的发展

1.1.2 计算机的分类和发展方向

指令和数据流：

1. 单指令流和单数据流（SISD）：冯诺依曼体系结构
2. 单指令流和多数据流（SIMD）：阵列处理器，向量处理器
3. 多指令流和单数据流（MISD）：实际上不存在
4. 多指令流和多数据流（MIMD）：多处理器、多计算机

发展趋势：两级分化

1.2 计算机系统层次结构

1.2.1 计算机系统的组成

软件和硬件在逻辑上是等效的


左为运算器为中心，右为存储器作为中心

1.2.2 CPU及工作过程

ALU：算术逻辑单元，组合逻辑设计方式
CU：控制单元，持续逻辑设计方式
ALU只能实现固定的逻辑计算，如1+1；CU能一步步推导计算

取数指令

M:主存中某存储单元
ACC、MQ、X、MAR、MDR。。：相应寄存器
M(MAR):取存储单元中的数据
(ACC)…:取相应寄存器中的数据

OP(IR)：取操作码
Ad(IR)：取地址码

PC存有下一条指令，永远去PC中找下一条指令


CPU区分指令和数据的依据：指令周期的不同阶段

1.2.3 I/O设备

重点在于I/O接口

1.2.4 软件系统

计算机编程语言

机器语言：二进制代码
汇编语言：助记符
高级语言：java、C/C++

1.2.5 五层结构

冯诺依曼计算机

“存储程序”：将指令以代码的形式事先输入到计算机主存储器中，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束。

1. 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部分组成
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. 指令和数据均用二进制代码表示
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中的位置
5. 指令在存储器内顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序
6. 早起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

1.2.6 层次结构–存储器

n位地址-》2^n个存储单元
总容量 = 存储单元个数 X 存储字长 = 2^3 X 8bit = 2^3 X 1Byte =8B

驱动器增强驱动能力

1.3 性能指标

1.3.1 容量

系统能支持的最大容量 = 2^n * 存储字长

1.3.2 速度

机器字长：计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
CPU提供时钟信号来统一协调各部分的工作




主频一般给的单位是M，如果给的是G要记得转换

数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数
吞吐量：指信息在单位时间内处理请求的数量
它取决于信息能多块地输入内存，CPU能多块地取指令，数据能多块地从内存取出或存入，以及所得结果能多块地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期

响应时间：指用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求作出响应并获得它所需要的结果的等待时间
通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访问、存储器访问、i/o 操作、操作系统开销等时间）