计原第一章：计算机系统概论。

使用教材：《计算机组成原理》（第二版）唐朔飞

0.课程的分割整合

1.计算机组成原理之机器

1）计算机系统的基本概念

2）总线

3）存储器

4）输入输出系统

2.计算机组成原理之数字

1）计算机中数的表示

2）计算机的运算方法和运算器

3.计算机组成原理之CPU

1）指令系统

2）CPU的结构和功能

3）控制单元

4）控制单元的设计

1.计算机系统简介

1.计算机系统可以分为硬件和软件。

硬件即实体，如主机、外设。软件由具有各类特殊功能的信息（程序）组成的。软件分为系统软件和应用软件，系统软件是用来管理整个计算机系统，即语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等。应用软件即按任务需要编制成的各种程序。

2.计算机系统的层级结构

高级语言	虚拟机器M3（软件）	用编译程序翻译成汇编语言程序
汇编语言	虚拟机器M2（软件）	用汇编程序翻译成语言程序
操作系统	虚拟机器（软件）	用机器语言解释操作系统
机器语言	实际机器M1（硬件）	用微指令解释机器指令
微指令系统	微程序机器M0（硬件）	由硬件直接执行微指令

3.计算机体系结构和计算机组成

计算机体系结构	计算机组成
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。（如：指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理。）	实现计算机体系结构所体现的属性。（具体指令的实现）

例：体系结构是看有无乘法指令，而组成是如何实现乘法指令。

两者关系：

计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现，计算机实现是计算机组成的物理实现。
一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种实现。 

2.计算机的基本组成

1.冯·诺依曼计算机的特点

电子计算机问世至今，新型机器不断推陈出新，不管怎么更新，不管怎么更新，依然具有“存储程序”的特点，最早提出这种概念的是冯诺依曼。

特点：

1.计算机由五大部件组成

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（核心特征）

6.以运算器为中心（现代计算器已转化为以存储器为中心

系统复杂性管理的方法：

1.抽象

2.层次化：将被设计的系统划分为多个模块或子模块

模块化：有明确定义的功能和接口

规则性：使模块更容易被重用

2.现代计算机硬件框图

3.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

• 编制解题程序

  程序-运算的全部步骤

  指令-每一个步骤（指令由操作码和地址码组成

2.计算机的解题过程

（1）存储器的基本组成

• 存储体 - 存储单元 - 存储元件（0/1）
• 大楼 - 房间 - 床位（有人/无人）

存储单元：存放一串二进制代码，按地址寻访，存放一个存储字的所有存储元集合

存储字：存储单元中二进制代码的组合

存储字长：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

• 存储体包括MAR和MDR

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 反应存储字长

（2）运算器的基本组成及操作过程

• 控制器的功能：解释指令、保证指令的按序进行。

（3）控制器的基本组成

（组成部分：程序计数器、控制单元和指令寄存器

运算器、存储器和控制器构成了主机。

（4）主机完成一条指令的过程

3.计算机硬件的主要技术指标

1.机器字长（字长越长，性能越好）

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（每条指令在程序中出现的频率，然后加权平均

（4）CPI：执行一条指令所需时钟周期数

（5）MIPS：每秒执行多少百万条指令

（6）FLOPS：每秒浮点运算次数

3.存储容量

用存放二进制信息的总位数来衡量。

（8位为1B）