-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 32
/
计算机总体概述.md
270 lines (131 loc) · 7.6 KB
/
计算机总体概述.md
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
# 简介
**软硬件**
* 计算机的软硬件概念
* 硬件：计算机的实体，如主机、外设等
* 软件：由具有各类特殊功能的信息（程序）组成
* 软件
* 系统软件：用来管理整个计算机系统
* 语言处理程序
* 操作系统
* 服务性程序
* 数据库管理系统
* 网络软件
* 应用软件：按任务需要编制成的各种程序
* 简单的一个层次结构
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219105214178.png" width="30%" height="50%" />
**层次结构**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219105307354.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
# 基本组成
**冯诺依曼机**
* 特点
* 计算机由五大部件组成
* 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
* 指令和数据用二进制表示
* 指令由操作码和地址码组成
* 存储程序
* 以运算器为中心
* 硬件框图
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219105839519.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
**计算机硬件框图**
* 以存储器为中心的计算机硬件框图
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110106508.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 现代计算机硬件框图
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110317726.png" width="40%" height="50%" />
* 主机
* CPU
* 运算器：ALU
* 控制器：CU
* 存储器
* 主存
* 辅存
* IO设备
* 输入设备
* 输出设备
# 工作步骤
**计算 $ax^2$ + bx + c 程序清单**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110400777.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />
**元件介绍**
* 存储器基本组成：
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110434705.png" width="10%" height="50%" />
* 存储体
* 存储单元：存放一串二进制代码
* 存储字：存储单元中二进制代码的组合
* 存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址号
* 按地址寻访
* MAR（memory data register主存数据寄存器）
* 存储器地址寄存器反映存储单元的个数
* MDR（memory address register主存地址寄存器）
* 存储器数据寄存器反映存储字长
* 运算器的基本组成：
* 加法操作过程
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110545292.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217143441725" width="30%" height="50%" />
* 减法操作过程
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110812222.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217143510777" width="30%" height="50%" />
* 乘法操作过程
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110842796.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217143602708" width="30%" height="50%" />
* 除法操作过程
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110905513.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217143625503" width="30%" height="50%" />
* 控制器的基本组成：
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110930859.png" alt="image-20201217143712644" width="10%" height="50%" />
* 取指令：PC
* PC 存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC ）+ 1 PC
* 分析指令：IR
* IR 存放当前欲执行的指令
* 执行指令：CU
**完成一条指令过程**
* 取数指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219110952277.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217144623089" width="40%" height="50%" />
* 存数指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219111113298.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217144757351" width="40%" height="50%" />
**$ax^2$ + bx + c 程序的运行 过程**
* 将程序通过输入设备送至计算机
* 程序首地址 -> PC
* 取指令 MAR -> M-> MDR-> IR
* 分析指令 OP(IR) -> CU
* 执行指令：执行指令 Ad(IR) -> MAR -> M -> MDR -> ACC
…
* 打印结果
* 停机
# 技术指标
**机器字长**
* CPU 一次能处理数据的位数
* 与 CPU 中的 寄存器位数 有关
**运算速度**
* 主频
* 核数，每个核支持的线程数
* FLOPS 每秒浮点运算次数
* MIPS 每秒执行百万条指令
* CPI 执行一条指令所需时钟周期数
**存储容量**
（存放二进制信息的总位数）
* 主存容量
* 存储单元个数（$2^{MAR}$ ）× 存储字长（MDR)
* 辅存容量
# 发展史
**世界上第一台电子计算机**
* 美国 ENIAC (1946)，1955年退役
* 用手工搬动开关和拔插电缆来编程
**硬件技术**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219111435788.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217145845651" width="40%" height="50%" />
**微型计算机出现和发展**
* 趋势
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219111516328.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217200355397" width="35%" height="50%" />
* Intel 公司
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219111541174.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201217200524556" width="35%" height="50%" />
**Moore 定律**
* 微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219111609548.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" alt="image-20201218174600129" width="40%" height="50%" />
# 展望
**计算机具有类似人脑的一些超级智能功能**
* 要求计算机的速度要足够快
**芯片集成度受以下三方面的限制**
* 芯片集成度受物理极限的制约
* 按几何级数递增的制作成本
* 芯片的功耗、散热、线延迟
**替代传统的硅芯片**
* 光计算机
* 利用光子取代电子进行运算和存储
* DNA 生物计算机
* 通过控制DNA 分子间的生化反应
* 量子计算机
* 利用原子所具有的量子特性