计算机组成原理—计算机系统概论
1.1计算机的发展与应用
国内外计算机的发展情况
计算机的发展大致经历了 4 代 ，每一 阶 段 的计算机具有 不同的特征。
- 第 一 代 ，以 电 子 管 为基本器件 ；使 用 机 器 语 言 和 汇 编 语言；采 用 延 迟 线作存储。
主 要用于科 学计算。 - 第 二 代 ，用 晶 体 管 取 代 电 子 管 ；使 用 算 法 语 言 和 操 作系统 ；采 用 磁 芯 作存储。应
用于科 学计算和数据 处理 。 - 第 三 代 ，采 用 集 成电路 ；计算机系列 化 ；软 件 、外 设 迅 速发展 ；采 用半导 体 和 磁 盘
存储器。应 用领 域 不 断 扩 大 。 - 第 四 代 ，采 用 大 规 模 及 超 大 规 模 集 成电路 ；性 能 不 断 提 高 ；存储容量不 断 扩 大 。
计算机 网络和 高性能计算机出现并得到应用。 - 多 核是当 代处 理器发展的 趋 势，目前主流处理器都 采用多核技术。
- 计算机 应 用 几 乎 涉 及 人 类社 会的所有 领 域 ，典 型 的 应 用 包 括 科 学 计 算 、数 据 处 理 、人
工 智 能 、过 程控制、辅 助 技 术 、电 子 商务等。
冯诺依曼结构计算机的特点，工作原理
1） 特点：
- 由运 算器 、控 制 器 、存 储 器 、输 人 设 备 和 输 出 设 备 等 5 部分组成。
- 指令和数据 以二进 制 形 式存 放在 存 储 器 中 ，存 储 器 按地址 访 问 。
- 指 令 由操 作码 和 地 址 码 构 成 ，并 由指令控制计算机的运行。
- 由控制器 来控制程序和数据的存取及程序的执行。
2 ）工作原理 - 冯 • 诺依曼结构计算机的工作原理是“存储程 序 ”和 “程 序 控 制 ”。“存储程 序 ”，就是
将 解题 的 步 骤 编成程 序 ，然 后 把 程 序 存 放 到 计算机的存储器中。“程 序 控 制 ”就是程序运
行 时 ，控 制 器 根 据逐 条从 主 存 中 取 出 指 令 ，控 制 全 机 相 关 部 件 执 行 相 应 的 操 作 ，完成指令
的 功 能 ，直 到程 序中所有指令 执行 完成 ，从 而 实现程 序应该完成 的功能 。
1.2计算机系统的组成
一台完整的计算机应该包括硬件和软件两部分
常见硬件以及主要功能如下
- 存储器：主要 功 能 是 存 放 程 序 和数据，按地址 访 问 。
- 运 算 器 ：对 数据 进行 算术 运 算和 逻辑 运算 的部 件 。
- 控制器：指 挥协调 计算机各部件工作。控制器 根 据指令的 操 作 码 、指令执行过
程中的 条 件 状 态 、时 序 系统等 3 方面的 因素来 产生指令 执行过程中所 需要 的控 制信 号，控
制指令的 执 行 。 - 输人设备：将 信息输人 到计算机的设备，如 键 盘 、鼠标等。
- 输出设备：将计算机运算结果转换成人或其他设备能接收并识 别的外部设备。
软件系统：一 台 计算机中全部程 序 的集 合 ，统 称 为 这 台 计算机的 软 件系统。软件按其功能分成
应用软 件和系统 软件 两大 类。
- 应用软 件是用 户为解决 某种应用问 题而编制的一些程 序。
- 系统 软件用于 对计算机系统的 管 理、调 度 、监 视 和服务等 功 能 ，其 目 的 是 方 便 用 户 ，提
高计算机 使用 效 率 ，扩 充系统的 功能 。
1.3计算机的性能指标和性能评价
计算机性能指标及其应用
-
基 本性 能指标包括字长和存储容量。
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与时 间 相关的 性 能指标主要包括：
① 时 钟 周 期 ：时 钟 周 期 是 时 钟频率 的 倒 数 ，也 称 为 节 拍 周 期 或 T 周 期 ，是处理操作
最基本的 时 间 单 位 。
② C P I是指执行每 条指令所需要 的平 均时钟周期数 。
③ M IPS用 每 秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的指标。
④ C P U 时 间 即一 段程序的执行时 间。 -
系统的可靠性及 可靠性指标。
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