(1.1) 電子計算機與存儲存續控制

(1.1.1) 電子計算機的發展

1. 計算機的發展歷史

略...

(1.1.2) 存儲程序概念

計算機應由運算器，控制器，存儲器，輸入和輸出設備5部分組成。

計算機內部采用二進制來表示指令和數據。

將編寫好的程序和原始數據事先存入存儲器中，然后再啟動計算機工作，這就是存儲程序的基本含義。

馮諾依曼計算機的弱點：存儲器訪問會成為瓶頸。

(1.2) 計算機的硬件組成

主機：由中央處理器和主存儲器(內存儲器)組成。

外設：出去主機外的硬件裝置(輸入、輸出設備，輔助存儲器)。

(1.2.1) 計算機的主要部件

1. 輸入設備

職責：把人們編寫好的程序和數據送到計算機中，并將他們轉換成計算機內部所能識別和接受的信息方式。

健忘設備：掃描儀、攝像頭、手寫輸入板。

注：輔助存儲器(磁盤、磁帶)也可視為輸入設備。

2. 輸出設備

職責：將計算機的處理結果以數字、字符、圖形等形式送出計算機。

常見設備：打印機、顯示器、繪圖儀。

注：輔助存儲器也可視為輸出設備。

3. 存儲器

職責：存放程序和數據的記憶裝置。

分級組成：

主存儲器：cpu可直接訪問，存儲速度快，容量小。用來存放正在執行的程序和數據。

輔助存儲器：存儲容量大，價格低，設置在主機外部，輔存的數據需要送到主存才能被訪問。

高速緩存存儲器：存取速度比主存塊，容量更少。

4. 運算器

職責：對信息進行處理和算數、邏輯運算的部件。

組成：

核心組成是加法器。

若干通用寄存器和累加寄存器，用來暫存操作數和存放運算結果。

注：寄存器的存取速度比存儲器的存取速度快。

5. 控制器

職責：控制計算機的各部件按照人們預先確定的操作步驟從主存中取出并安排指令的操作順序，讓他們執行規定的任務。

組成：包括一些專用的寄存器。

(1.2.2) 計算機各大部件之間的連接

1. 總線結構

一組能為多個部件服務的公共信息傳送線路

特點：同一時刻只允許同一對設備之間傳送信息。

按傳送信息分類：

地址總線：單方向的多根信號線組成，用于cpu向主存、外設傳輸地址信息。

數據總線：有雙方向的多跟信號線組成，cpu沿該線可往主存/外設讀入/送出數據。

控制總線：傳送控制信息，包括cpu送出的控制命令和主存返回cpu的反饋信息。

2. 大中型計算機的典型結構

分級：主機，通道，設備控制器和外部設備。

(1.2.3) 不同對象觀察到的計算機硬件系統

略...

(1.2.4) 馮·諾依曼和哈佛結構的存儲器設計思想

1. 馮·諾依曼結構

指令、數據混合存儲在同一個存儲器中，共享數據總線

cpu不能同時去指令和取操作數。

2. 哈佛結構

指令、數據分開存儲。

存儲器分兩個：

程序存儲器：存放指令。

數據存儲器：存放數據。

分離的數據總線和程序總線可以使計算機同時獲取指令和操作數。

(1.3) 計算機系統

(1.3.1) 軟硬件的關系

固件：存儲在能永久保存信息的器件中的程序。是具有軟件共功能的硬件，執行速度快于軟件，而且靈活性優于硬件。

(1.3.2) 系列機和軟件兼容

(1.3.3) 計算機系統的多層次結構

應用語言級：面向問題的應用語言。

高級語言級：通過編譯程序來完成高級語言的翻譯工作。

匯編語言級：完成匯編語言翻譯的程序。

操作系統級：管理傳統機器中的軟硬件資源。

傳統機器級：機器語言是該機的指令集。

微程序級：該級程序直接由硬件執行。

第零級：由計算機的內核、由門、觸發器等邏輯鏈路組成。

(1.3.4) 實際機器和虛擬機器

實際機器：硬件/固件組成

以軟件或以軟件為主實現的機器。

(1.4) 計算機的工作過程和主要性能指標

(1.4.1) 計算機的工作過程

(1.4.2) 主要性能指標

1. 機器字長

能直接處理的二進制信息的位數。

字長標志著精度，字長越長，精度越高。

2. 數據通路寬度

數據總線一次能并行傳輸信息的位數。一般指(外部)數據通路寬度。

3. 主存容量

主存儲器能存儲的全部信息量。單位：KB、MB、GB、TB等。

4. 運算速度

吞吐量和響應時間

吞吐量：系統在單位時間內處理請求的數量

響應時間：CPU時間 + 等待時間

cpu時間：運行一個程序花費的時間。

等待時間：磁盤訪問、存儲器訪問、I/O操作、吃、操作系統開銷等。

主頻和cpu時鐘周期

主頻：cpu內數字脈沖信號振蕩的速度。主頻的倒數是cpu時鐘周期。

CPI：Cycles per instruction，每條指令執行所用的時鐘周期數。

cpu執行時間

cpu時鐘周期數 指令數 * CPI

cpu執行時間 = ———————————— = ——————————————

時鐘頻率 時鐘頻率

復制代碼

MIPS和MFLOPS

MIPS：每秒執行幾百萬條指令

指令條數 主頻

MIPS = ———————————————— = ————— = 主頻 * IPC

執行時間 * 10^6 CPI

復制代碼MFLOPS：每秒執行幾百萬條浮點運算

浮點操作次數

MIPS = ———————————————

執行時間 * 10^6

復制代碼

作為計量單位來衡量運算速度

習題答案

1-1 電子數字計算機和電子模擬計算機的區別？

電子數字計算機中處理的信息是在時間上離散的數字量,運算的過程是不連續的

電子模擬計算機中處理的信息是連續變化的物理量,運算的過程是連續的。

1-2 馮·諾依曼計算機的特點是什么?其中最主要的一點是什么?

① 計算機(指硬件)應由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成。

② 計算機內部采用二進制來表示指令和數據。

③ 將編好的程序和原始數據事先存入存儲器中，然后再啟動計算機工作。

1-3 計算機的硬件是由哪些部件組成的?它們各有哪些功能？

解：計算機的硬件應由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成。它們各自的功能是:

① 輸入設備：把人們編好的程序和原始數據送到計算機中去,并且將它們轉換成計算機內部所能識別和接

受的信息方式

② 輸出設備：將計算機的處理結果以人或其他設備所能接受的形式送出計算機

③ 存儲器：用來存放程序和數據

④ 運算器：對信息進行處理和運算

⑤ 控制器：按照人們預先確定的操作步驟,控制整個計算機的各部件有條不素地自動工作。

1-4 什么叫總線?簡述單總線結構的特點。

總線是一組能為多個部件服務的公共信息傳送線路，它能分時地發送與接收各部件的信息。單總線結構即各大部件都連接在單一的一組總線上，這個總線被稱為系統總線。

CPU與主存、CPU與外設之間可以直接進行信息交換,主存與外設、外設與外設之間也可以直接進行信息交換，而無須經過CPU的干預。

1-5 簡單描述計算機的層次結構,說明各層次的主要特點

解：現代計算機系統是一個硬件與軟件組成的綜合體,可以把它看成是按功能劃分的多級層次結構。

第0級為硬件組成的實體

第1級是微程序級。這級的機器語言是微指令集,程序員用微指令編寫的微程序一般是直接由硬件執行的

第2級是傳統機器級。這級的機器語言是該機的指令集,程序員用機器指令編寫的程序可以由微程序進行解釋

第3級是操作系統級。從操作系統的基本功能來看,一方面它要直接管理傳統機器中的軟硬件資源,另一方面它又是傳統機器的延伸

第4級是匯編語言級。這級的機器語言是匯編語言,完成匯編語言翻譯的程序叫做匯編程序。

5級是高級語言級。這級的機器語言就是各種高級語言,通常用編譯程序來完成高級語言翻譯的工作

第6級是應用語言級。這一級是為了使計算機滿足某種用途而專門設計的,因此這一級語言就是各種面向題的應用語言。

1-6 計算機系統的主要技術指標有哪些?

計算機系統的主要技術指標有：機器字長、數據通路寬度、主存容量和運算速度等

總結

以上是生活随笔為你收集整理的简要叙述计算机软件系统的组成,【计组第一章+答案】概论的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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