计算机组成原理（白中英版）绪论
绪论计算机发展历史更新换代的计算机硬件日益完善的计算机软件计算机的分类与应用分类对比应用计算机的特点和性能指标特点性能指标1性能指标2性能指标3性能指标4性能指标5相关概念计算机系统的硬件组成主机外设冯诺依曼的基本思想计算机系统的软件组成软件分类语言发展阶段语言处理计算机系统的组织结构层次结构软件和硬件的逻辑等价性预警:知识点框架看导图就够，本文不含具体概念的详细释义。
绪论
计算机发展历史
更新换代的计算机硬件
电子管时代晶体管中小规模集成电路超大规模集成电路超级规模集成电路日益完善的计算机软件
汇编语言阶段程序批处理阶段分时多用户阶段分布式管理阶段软件重用Web服务阶段计算机的分类与应用
分类
电子数字计算机
变量是离散数字值
专用计算机
通用计算机
分类
超级大型服务器微型机单片机多核机
专用和通用的分类依据
效率速度价格适用性运行的经济性
电子模拟计算机
变量是连续量
对比
数据表示方式
数字：0/1模拟：电压
计算方式
数字：数字计数模拟：电压组合、测量值
控制方式
数字：程序控制模拟：盘上的连线
精度
数字：高模拟：低
存储量
数字：大模拟：小
逻辑判断能力
数字：强模拟：无
应用
科学计算自动控制测量和测试信息处理计算机的特点和性能指标
特点
性能指标1
通用性能
吞吐量
某时间间隔内的处理信息量
响应时间
运算速度
输入有效——产生相应之间的时间
利用率
给定时间间隔实际被使用的时间所占比率
性能指标2
处理器相关
处理机字长
运算器中一次完成的二进制位数 32/64
主频
CPU时钟频率
即主时钟频率 F 用MHz和GHz（吉赫兹）度量
也就是我们的主存容量
主频=外频*倍频系数
时间周长
CPU时钟周期
主频的倒数 T=1/f us ns度量
例如
网速和时钟频率有关 但是和CPU 是不同的时钟 网速用贷带宽衡量 ： 单位时间内内传送的信息量 即吞吐量
性能指标3
总线+存储器
总线宽度
（CPU<->存储器）互联的内部总线
的二进制位数 32/64
总线带宽
网线 其实就是外部总线 因此也有带宽
WIFI是无线 用无线频带带宽表示
单位时间内(内部)总线传送的二进制信息量 字节数/秒
存储器容量
存储器存储单元总数目
MB GB TB
存储器带宽
单位时间从存储器读出的二进制
信息量 字节数/秒
性能指标4
CPU时间相关
CPU执行时间
执行时间=时钟周期数x时钟周期
CPI平均时间周期数
CPI=总时钟周期数/指令条数
性能指标5
MIPS每秒百万条定点指令数
不带小数点 million instruction per second
IPS每秒指令数
FLOPS每秒浮点操作次数
带小数点 floating
相关概念
IN 指令总数
t CPU 执行程序所需CPU时间
tCPU = T*Nc
Nc/f
TINCPI
T 时钟周期
f 时钟频率
Nc CPU时钟周期数
注：自然是整个程序所需NcNc=CPI*IN
CPI 每条指令平均时间周期数
CPI=Nc/IN
MIPS
(IN / t CPU)/10^6
IN/(tCPU*10^6)
IN / (CPI*T *10^6)
fIN/CPI10^6
计算机系统的硬件组成
主机
处理器CPU
运算器(ALU)控制器(CU)寄存器
内部总线
存储器
主存储
ROMRAM
寄存器
高速缓存
辅助存储
外设
输入
键盘、鼠标、扫描仪
输出
显示器、打印机
辅助存储
网络设备
网卡、调制解调器
外存
硬盘、光盘、闪存
冯诺依曼的基本思想
二进制
存储程序、程序控制
执行顺序 分支由转移指令实现
五大部件（围绕系统总线）
存储
功能
数据指令
分类
主存（内存）
半导体器一个半导体触发器记忆一个二进制0/1速度快
辅存（外存）
速度较慢 但便宜存储量大
存储单元
保存n位二进制的n个触发器是一个存储单元
存储器地址
存储单元编号（二进制）
存储容量
所有存储单元的总数
一个存储单元保存8个二进制位KB MB GB TB
运算
算数运算逻辑运算二进制数（位数即处理机字长）
控制
指令
操作的性质
操作码
操作的地址
地址码
取指周期
执行周期
指令流和数据流
指令字
数据字
指令流
取指周期中从内存读出的信息
流向控制器
时间在前 先取指
数据流
执行周期从内存读出的信息流
内存流向运算器运算器流向内存
时间在后 后读出/写入
（适配器）（接口设备）
输入输出
计算机系统的软件组成
软件
程序+数据+文档硬件上运行的程序、相关的数据、文档硬件是软件的工作基础软件是硬件的功能的扩充、完善分类
系统软件
操作系统 OS
语言处理程序
汇编编译解释
数据库管理系统
服务型程序
应用软件
办公软件包浏览器实时控制软件图形图像处理
语言发展阶段
手编程序
机器语言
目的程序
机器可以完全识别
汇编语言
汇编器/程序
汇编语言程序/汇编源程序翻译成用机器语言表示的目的程序
高级语言
算法语言
语言处理
源程序
目的程序
编译程序
编译系统
编译程序将源程序完全编译成可执行的目的程序
解释系统
逐条解释 逐条执行
计算机系统的组织结构
层次结构
虚拟机
应用软件
可执行程序
系统软件
高级语言级
C++，Java，编译程序等
汇编语言级
汇编语言代码、汇编程序
操作系统级
操作系统、库代码
软硬件界面ISA（这是最重要的层次）
//ISA是偏向机器指令的指令集界面Q：HOW重要？A：指令系统：硬件设计的根据，软件设计的基础
物理机
一般机器级
微程序
逻辑电路级
硬件直接执行
软件和硬件的逻辑等价性
逻辑功能实现的等价性
任何指令的执行可以由软件实现 也可以由硬件实现任何操作的可以由软件实现，也可以由硬件实现
选择硬件/软件？
器件价格速度可靠性存储容量变更周期
