第一章-计算机系统概述

复习提示：记好概念。

方式：按照课件和课本内容。

大体框架

知识点：

每个二进数位成为1bit（比特）。

1B=8bit

1字节=8bit

1KB=2的10次方B

1MB=2的20次方B

1.在计算机发展过程

计算机系统由硬件和软件 构成。

硬件：计算机设备（包括主机及其外围设备或附件）。软件：在这些硬件基础上运行的应用程序、数据文件以及相关文档资料。

软件由系统软件和应用软件组成。

• 基础软件：负责管理整个计算机系统的各类软件工具（如操作系统、数据库管理系统(DBMS)、标准程序库等）。
  • 功能软件：根据具体任务需求开发的各种应用程序（如抖音、快手等）。

机器字长：计算机一次整数运算所能处理的二进制位数。

微型计算机的发展以微处理器 技术为标志。

2.计算机系统层次

2.1计算机硬件

最初采用冯·诺依曼架构的计算机系统：通过预先加载二进制数据至主存的第一个内存位置，并从起始地址开始运行第一条指令。随后按照该程序预定的操作序列依次处理后续指令。

硬件和软件的等效思想（逻辑上）。

冯诺依曼计算机的特点：

• 计算机主要由五个关键组件构成
  • 指令与数据在存储器中处于同等重要地位，并可通过地址进行访问。
  • 指令及数据均采用二进制形式表达。
  • 每个指令包含一个操作代码部分（即操作码）以及一个地址部分（即地址码）。操作码决定了要执行的操作类型，而地址码则指示了所需的操作数的位置。
  • 其核心功能集中在运算器这一部分。

现代计算机结构

2.2计算机的功能部件

输入设备

通过标准的人机交互设备将程序与数据转换为可被机器识别并接受的信息形式输入计算机。

输出设备

生成并输出经过计算分析后的数据结果，并以用户能够直观理解并符合其他系统标准格式的形式呈现

这一节用类比的思想。

• MAR—地址寄存器
• MDR—数据寄存器

主存储器的基本结构

上图有很多知识点：

1字节=8bit，一个字的大小是由计算机决定的。

存储单元即用于存放二进制位串的电子元件。

存储字即由多个存储单元协同形成的二进制位串。

存储字长代表单个存储单元所包含的二进制位数。

储元即构成计算机内部信息载体的电子元件。

每个储元能够容纳一个二进制数值单位。

运算器

ALU（逻辑算数单元）是运算器的核心。

ACC、MQ、X是运算器必备的寄存器。

PSW（Program Status Word）：亦称为标志寄存器。它用于存储ALU运算所得的各种标志信息以及处理器的状态数据。例如结果是否溢出等情形。

控制器

2.3计算机的工作过程

这个过程一定得过一遍视频讲解才行哦~ 视频内容特别清晰明了。
初始化步骤如下：

• 指令信息与数据将以数据形式存储于主存储器中
• 程序控制器（CPU）的程序指示寄存器（PC）指向第一条指令
  执行流程：
• 从主存储器中取出指令并放入内码空间（IR）
• 程序控制器自动将程序计数器（PC）值加1
• 控制单元（CU）指挥其他组件按照程序执行相应的操作

注：指令执行过程的描述，可以往后学，再回头看。

2.4计算机软件

• 应用软件：专门针对某个特定的应用领域设计并开发的程序。
  • 系统软件：承担着管理硬件资源并为上层应用程序提供基础服务的任务。

三种级别语言

ISA（instruction set architecture）作为软件与硬件的接口描述。构建计算机系统中的ISA涉及确定该系统能够支持什么样的指令，并明确每条指令的功能及其应用方式。

2.5多级层次结构

下层是上层的基础，上层是下层的扩展。

解决两个问题：

如何构建硬件与软件之间的交互界面——《计算机体系结构》课程：向程序员呈现计算机系统的核心概念框架（指令系统、数据类型、寻址策略以及输入输出机制）

通过硬件构建所定义的接口—计算机组成原理 ：构建反映计算机体系结构核心特征的部分，并使程序员无需关注具体指令（如机器码的操作）。

透明性的理解：等同于不关心。

例：CPU的内部结构，对于一个应用程序来说，就算透明的。

2.6计算机系统的工作原理

2.7知识点总览

存放当前执行指令的寄存器是IR。

CPU的存取速度：寄存器>Cache>内存

主存 是程序时的存储位置，包括所需的数据。

计算机直接执行的语言即为机器语言（仅具备即时执行能力） ，依靠助记符编写的语言则为**汇编语言。

DB体系包含计算机平台上的数据管理功能，并整合了DB管理系统与应用层组件。通常由数据可达性支持模块、DB管理系统组件以及应用集成层构成。是系统程序（System Programs），而不是传统的软件。

该计算平台具备完整的数据管理功能，并通过内置的数据库管理系统实现与其他系统的交互。

将高级语言程序转化为可执行目标文件的主要过程：

预处理—编译—汇编—链接

计算机=主机+输入/输出设备

主机=CPU+主存

CPU=运算器+控制器

CPU的主要功能：控制+运算

3.计算机的性能指标

考察重点

3.1存储器的性能指标

MAR位数反映存储单元的个数（最多支持多少个）

MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小

总容量=存储单元个数x存储字长bit

例：MAR为32位，MDR为8位

总容量=2的32次方x8bit=4GB

3.2CPU的性能指标和系统整体的性能

知识点：

重点掌握蓝宽框的。