四代计算机
电子管时代——逻辑元件采用电子管；使用机器语言编程；主存使用延迟线、硒鼓存储
晶体管时代——逻辑元件使用晶体管；主存使用磁芯存储器；软件开始使用高级语言，有了操作系统雏形
中小规模集成电路时代——逻辑元件使用中小规模集成电路；半导体存储器；高级语言发展迅速；有了分时操作系统。
超大规模集成电路时代——逻辑单元采用大规模集成电路；产生了微处理器；并行、流水线、高速缓存、虚拟存储器等概念用在了此代计算机。
摩尔定律——价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，18个月加一倍，性能提升一倍。
计算机语言发展——面向机器的机器语言、汇编语言→面向问题的高级语言。
计算机分类（按指令和数据流分）
——单指令流和单数据流系统（SISD）传统冯诺依曼体系结构
——单指令流和多数据流系统（SIMD）阵列处理器、向量处理器系统
——多指令流和单数据流系统（不存在）
——多指令流和多数据流系统（MIMD）多处理器、多计算机系统
冯诺依曼机特点：
——硬件系统由
运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备 5部分组成。
——指令和数据以
同等地位存于存储器内，并可
按地址访问。
——指令、数据均用
二进制代码表示。
——指令由
操作码和地址码组成。前者表示操作的性质、后者表示操作数在存储器中的位置。
——指令在存储器中按
顺序存放
——以
运算器为中心,I/O通过运算器与M传送数据。（现代计算机以存储器为中心）
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固件——将程序固定在ROM中组成的部件称为固件。
翻译程序——把高级语言源程序翻译成机器语言程序（目标代码）的软件，分两种：编译程序、解释程序。
编译程序——将高级语言一次性全部翻译成目标程序，每次执行程序时，只执行目标程序。
解释程序——解释程序的执行过程是翻译一句执行依一句，并且不会生成目标程序。
透明性——看不到的就是透明的（和日常中的透明含义相反）
存储程序的概念——将指令以代码的形式事先输入到主存中，然后按存储器中的存储程序的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束执行。
计算机功能部件
输入设备
——将程序和数据以计算机所能识别和接受的信息形式输入到计算机中。
输出设备
——将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形式输出。
存储器
——分内存和外存。
CPU能够直接访问的是内存，而外存用于帮助主存储器记忆更多的信息，外存中的信息先调入内存，才能为CPU所访问。
存储元件(1个二进制代码)
存储单元（一串二进制代码）
存储字（这串二进制代码的名字就叫存储字）
字长（这串二进制代码的位数）
存储字长可以是一个字节（8bit）或字节的偶数倍
内存工作方式——按存储单元的地址进行存取。
主存储器基本组成
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地址寄存器 MAR
——存放 访存地址，经过地址译码后找到所选的存储单元。
——对应存数单元的个数，若MAR=10，则存储单元=2^10,即1K。
数据寄存器 MDR
——主存和其他部件的中介机构，用于暂存要从存储器中读或写的信息。
——MDR位数和存储字长相等。
存储体M
时序控制逻辑
——用于产生
存储器操作所需的各种时序信号。
运算器
运算器是执行部件，用于对数据进行加工处理，完成算数运算(+ - * ÷)和逻辑运算(与 或 非 异或 比较 移位)。
算数逻辑单元 ALU——运算器的核心
通用寄存器——暂存操作数和中间结果
累加器 ACC
乘商寄存器 MQ
操作数寄存器 X
变址寄存器 IX
基址寄存器 BR
程序状态寄存器 PSW——保留各类运算指令或 测试指令的结果 的各类状态信息，以表征系统运行状态。
控制器
控制器是指挥中心，指挥各部件自动协调地进行工作，由程序计数器PC 指令寄存器IR 控制单元CU组成。
程序计数器PC
——存放当前欲执行指令的地址，可以自动+1 形成下一条指令的地址，它与主存MAR之间有一条直接通路。
指令寄存器IR
——存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。
OP(IR)操作码送至CU（用以分析指令并发出各种 微操作命令序列）。
AD(IR)地址码送往MAR来取操作数。
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计算机工作过程
1.程序和数据 装入→主存储器
2.从程序的起始地址 运行程序
3.用程序的首地址从存储器中取出第一条指令，经过译码、执行步骤等 控制计算机 各功能部件协同运行，完成这条指令功能，并计算下一条指令的地址。
4.用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行，直到结束为止；每一条指令都是在取指 译码 执行的循环过程中完成。
计算机多级层次结构
对于某层的观察者，只能通过该层次的语言来了解和使用计算机，至于下层是如何工作就不必关心了。
下层是上层的基础，上层是下层的扩展。
本课主要讨论传统机器M1和微程序机器M0的组成原理和设计思想。
计算机性能指标
机器字长
——计算机进行
一次整数运算 所能处理的二进制数据的位数。
——通常与CPU寄存器位数、加法器有关。
——一般来说，
机器字长=内存寄存器大小。
——计算机字长通常选定为 字节的整数倍。 （2 4 8）
数据通路——各个子系统通过数据总线连接形成的
数据传送路径。
数据通路带宽——数据总线一次所能
并行传送的
信息的位数。
运算速度：
(1)吞吐量：系统在
单位时间内处理请求的数量。（主要取决于 内存的存取周期）
(2)响应时间：从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求作出相应 并获得它所需要的结果的等待时间。
(3)CPU时钟频率（主频）：机器内部主时钟的频率。主频越高，完成指令的一个执行步骤所用的时间越短，执行指令的速度越快。
(4)CPU时钟周期（节拍脉冲、T周期）：
主频的倒数，CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要一个时钟周期。
(5)CPI： 执行
一条指令所需的时钟周期数。
CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=
指令条数*CPI/主频
(6)MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、
MIPS
——每秒执行多少百万条指令。
——MIPS=主频/CPI
MFLOPS
——每秒执行多少百万次浮点运算
GFLOPS
十亿次
TFLOPS
万亿次
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