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计算机总体概述.md
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# 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**
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**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