目录
第一章 计算机系统概述
1.1计算机系统概述
计算机的功能和特点
计算机发展简史
界面
计算机系统层次
一个典型系统的硬件组成
一个典型的程序转换过程
1.2 计算机性能评价
计算机性能的基本评价指标
计算机性能的测量
CPU执行时间的计算
Aspects of CPU Performance
如何计算CPI
MIPS
选择性能评价程序
如何给出综合评价结果
第一章 计算机系统概述
1.1计算机系统概述
计算机的功能和特点
什么是计算机
计算机是一种能对数字化信息进行自动、高速算术和逻辑运算的通用处理装置 计算机的功能
数据运算’ 数据存储 数据传送 控制 计算机的特点
高速 高速元件和“存储程序”工作方式带来高速性 通用 体现在处理对象和应用领域方面的广泛性 准确 足够精度的算术运算带来准确性 智能 逻辑推理能力带来智能性
计算机发展简史
第一代 ： 真空管（电子管）1946--57
46 年 第一台电子计算机 ENIAC 冯诺依曼计算机（存储程序思想）
将事先编好的程序和原始数据送入主存中，然后启动执行。计算机能在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。
冯诺依曼结构的主要思想
计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成 各基本部件的功能是：
存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还是指令 控制器应能自动执行指令 运算器应能进行加减乘除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算 操作人员可以通过 输入设备 输出设备和主机进行通信 内部以二进制指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。(告诉程序在哪）由一串指令组成程序 采用存储程序方式---在程序执行的过程中它能自动的取出一条一条的指令去执行
第二代：晶体管 1958-64
元器件：逻辑元件晶体管，内存磁芯，外存磁带磁鼓 特点：变址，浮点运算。多路存储器，I/O处理机，中央交换结构（非总线结构） 软件：使用高级语言，提供了系统软件
第三代：SSI/MSI 1965-71
元器件 逻辑元件与主存储器均由集成电路（IC）实现 特点：微程序控制，Cache。虚拟存储器，流水线 代表机种
巨型机：Cray-1 大型机：IBM360系列
兼容机：相同相似的指令集，OS，更高速度，更多端口，更大内存，更高价格 前面开发的软件可以在后面的机器使用，低端机指令集是高端机指令集的子集， 小型机：DEC 公司：PDP-8 （价格低，小巧）
特点首次采用总线结构 具有高度的灵活性，允许将模块插入总线以形成各种配置。 PDP-8 /E 计算机系统框图
总线结构的好处： 可扩充性好（允许将新的符合标准的模块插入总线形成各种配置）、节省器件，体积小，价格便宜 第四代：LSI/VLSI/ULSI 1972至今：
微处理器和半导体存储器技术发展迅猛，微型计算机出现。使计算机以办公设备和个人电脑的方式走向普通用户。
半导器
相对大容量半导体存储器 微处理器
微处理器芯片密度不断增加，使CPU中所有的元件放在一块芯片上成为可能 特点：共享存储器，分布式存储器以及大规模并行处理系统
界面
软硬件的界面：ISA （指令集体系结构）
机器语言由指令代码构成，能被硬件直接执行。
Software
系统软件 -简化编程过程，并使硬件资源被有效利用
OS：硬件资源管理 用户接口 语言处理系统：翻译程序＋LINKer DEbug ETC
其他
磁盘碎片整理程序 备份程序 应用软件－解决具体应用问题／完成具体应用任务
各类媒体处理程序 ......
计算机系统层次
一个典型系统的硬件组成
核心部件CPU 指令先放在存储器里面，存储器里最初同步输入输出设备送进的，这些主要的设备通过总线进行关联的
一个典型的程序转换过程
计算机不可以直接识别hello.c 以上的这些还都是文本文件 01序列最终执行
1.2 计算机性能评价
计算机性能的基本评价指标
不同应用场景用户关心的性能不同
计算机有两种不同的性能
Time to do the task
响应时间 执行时间 等待时间或时延 Task per day,hour,sec,ns
吞吐率 带宽 基本的性能指标： CPU的执行时间
程序由指令构成 CPU执行时间就是执行程序中每条指令的时间
计算机性能的测量
比较计算机的性能，用执行时间来衡量
CPU时间：指CPU真正花在程序执行上的时间。又包括两部分：
其他时间：指等待I/O操作完成或CPU花在其他用户程序的时间
系统性能和CPU性能不等价，有一定的区别
系统性能：系统响应时间，与CPU外的其他部分也都有关系 CPU性能：用户CPU时间
时钟周期：计算机执行一条指令的过程被分成若干步骤和相应的动作来完成，每一步动作都要由相应的控制信号进行控制，这些控制信号能发出、作用时间多长，都要由相应的定时信号进行同步。
时钟频率：CPU主频，CPU中的主脉冲信号的时钟频率，是CPU时钟周期的倒数。
CPI：执行一条指令所需的时钟周期数。（对于指令来说是确定的，对机器来说是平均值）
CPU执行时间的计算
CPI Cycle Per Instruction
Aspects of CPU Performance
如何计算CPI
MIPS
选择性能评价程序
如何给出综合评价结果
相关文章
发表评论