【计组期末复习】第一章计算机系统概论

第一章 计算机系统概论

1. 冯·诺依曼计算机的三要点：

• a. 计算机应由五大硬件部分组成，即：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。
• b. 灵活使用二进制等（支配算术运算的原则）。
• c. 采用程序存储的工作方式。

2. 冯式计算机特点详解

• •计算机由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备五大部件组成；
• •指令和数据以同等地位存放于存储器内并可按地址寻访；
• •指令和数据均用二进制码表示；
• •指令由操作码和地址码组成，操作码表明操作指令的功能即操作性质，地址码指出操作数的位置；
• •指令在存储器内按顺序存放，通常指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或按设定条件改变执行顺序；
• •机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送经过运算器。

3. 主要硬件简介
   1.运算器：（对数据信息进行加工处理；核心部件是ALU。）
   2.存储器： 存放程序和数据。
   粗略分为内存（主存）和外存（辅存），只有放在内存中的程序和数据才能被CPU执行和处理。
   3.控制器： （通过发出有严格时间顺序（即时序）的控制信号来指挥机器所有部件协调一致地完成信息的输入、处理和输出）
   4.输入设备
   5.输出设备
   PS：计算机硬件组成框图：以主存储器为中心 ；CPU—运算器+控制器 主机—CPU+主存
4. 计算机的多层次结构
   

（评价）计算机系统的性能指标

1. 吞吐量、响应时间

• •吞吐量：在给定时间内，一台计算机所能完成的总的工作量；
• •响应时间：计算机从接收数据到输出结果的时间间隔。

2. 主频、CPU时钟周期、CPI

• •主频即主时钟频率： 为控制计算机的操作时序，用晶体振荡器产生连续脉冲波，其幅度和频率不变，叫外部时钟（外频）。将此信号送入CPU后再形成CPU的内部工作频率，即主时钟频率，简称主频或内频，以MHZ、GHZ……为单位。
• •f=1/T ，f即主频，T叫作时钟周期。
• •CPI：每条指令中所含时钟周期的个数。
• •主频反映速度，但不是决定速度的唯一因素。

3. 运算速度、MIPS、MFLOPS

• •用“等效速度”（也叫平均计算速度）来衡量计算机运算速度；即—对各种机器指令平均执行时间及对应指令使用频度综合计算后，得出单位时间执行基本指令条数，为等效速度。
• •常以MIPS（每秒百万条指令）和MFLOPS（每秒百万次浮点运算）作为计量单位来衡量运算速度。

4. 机器字长（基本字长）

• •并行处理的二进制位数；
  

• •反映机器精度，字长越长则精度越高。
  

（指令字长、存储字长、总线字长）
5. 存储容量

• •计算机的存储器能存放二进制信息的总量；
  

• •通常主存容量和辅存容量分别考察；单位：Bit/Byte；
  

• •KB，MB，GB，TB
  

6. 兼容性
7. 性能/价格比
8. 可靠性：用平均无故障时间衡量（MTBF---Mean Time Between Failure），反映系统的内在质量。
9. 可维护性（Maintainability）： 用平均修复时间描述。即系统发生一次失效后使之返回到正常状态所需时间。含诊断、失效定位、失效校正等时间。
10. 可用性、可扩展性……

计算机分类

1. 巨型机（Supercomputer）
   •现多称为超级计算机、高性能计算机
   --以进行非常复杂而且要求高精度的科学计算为目的，具有超高性能的特殊计算机。
2. 大中型计算机（mainframe/large- scale computer , medium-scale computer）
   可供多用户使用的通用计算机，具有大量存储设备和用户终端。
3. 小型计算机（minicomputer）：体积小、成本低的通用机型。
4. 工作站（workstation）：介于PC机和小型机之间的高档微机；
5. 微型计算机（microcomputer）：主要指把运算器和控制器作在一个芯片上的小规模低价格且有较好性能的通用计算机；（PC属于微型计算机）

PS：按用途分有专用机和通用机两类

计算机应用

1.科学计算 2.实时控制（实时控制中包含工业控制） 3.数据处理 4.计算机辅助设计/制造CAD/CAM (Computer Aided Design/Manufacturing)：要点为图形处理；用于各种工程设计与产品制造。 5.办公自动化（系统）OAS (Office Automation System) 6.数字信号处理DSP 7.信息电器（关键技术——SOC的开发） 8.网络技术应用 9.多媒体技术应用 10.人工智能

例题练习

eg.冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（ C. 指令周期的不同阶段 ）。
1.完整的计算机系统应包括（硬件系统和软件系统）
2.冯·诺依曼型计算机工作方式的基本特点是(按地址访问并顺序执行指令 ) 。
3.办公自动化（OA）是目前广泛开展的一项计算机应用，按分类，它应属于( 数据处理 ) 。
4.计算机硬件能直接执行的语言是( 机器语言 ) 。
5.计算机系统的内存储器是指( 中央处理器能直接访问的存储器 ) 。
6.下列说法中不正确的是( B ) 。

• A.任何可以由软件实现的操作也可以由硬件来实现；
• B.在计算机系统的多层次结构中，汇编语言级和高级语言级是软件级，其他三级都是硬件级；
• C.在计算机系统中，硬件是物质基础，软件是解题灵魂；
• D.面向高级语言的机器是完全可以实现的。
  7.下列说法中最正确的是( A ) 。
• A.电子数字计算机和以前任何计算工具的最根本区别是存储程序控制；
• B.电子数字计算机和以前任何计算工具的最根本区别是它由电子元器件组成；
• C.电子数字计算机和以前任何计算工具的最根本区别是速度快；
• D.电子数字计算机和以前任何计算工具的最根本区别是精度高。
  8.计算机系统中的存储系统是指( 内存储器和外存储器 ) 。
  9.在取指令周期，从内存储器取出的指令送往( 指令寄存器 ) 。
  10.计算机中的算术逻辑单元和控制单元合称为（ CPU ）。
  11.用户与计算机通信的界面是（ 外围设备 ）。
  12.下列语句中（ C ）是正确的。
• A.激光打印机是击打式打印机；
• B.磁盘驱动器只有输入功能；
• C.评估计算机的执行速度可以用每秒执行的指令数为判断依据；
• D.个人计算机是小型机。
  13.（ 控制器 ）可区分存储单元中存放的是指令还是数据。
  14.计算机存储数据的基本单位为（ 字节（Byte） ）。
  15.下列说法中（ C ）不正确。
• A.高级语言的命令用英文单词来表示；
• B.高级语言的语法很接近人类语言；
• C.高级语言的执行速度比低级语言快；
• D.同一高级语言可在不同形式的计算机上执行。
  16.CPU是指（ 运算器、控制器和Cache ）。
  17.在计算机发展过程中，8位微型机的乘除法一般用（ 软件 ）实现。
  18.CPU在取指令周期获得的信息流（ A ）。
• A.从存储器流向控制器，是指令流；
• B.从控制器流向存储器，是指令流；
• C.从控制器流向控制器，是控制流；
• D.从控制器流向各功能部件，是数据流。
  19.微型计算机的发展通常以（ 微处理器 ）为技术标志。
  20.迄今为止，计算机中的所有信息均以二进制表示的理由是（ 物理器件性能所致 ）。