第一章 计算机系统概论
计算机系统分类
- 从信息的表示形式和处理方式：
电子数字计算机：处理离散数据，运算速度快、准确、存储量大
电子模拟计算机：处理连续的数据（模拟量），以电信号的幅值模拟数值的大小 - 从用途：
通用计算机：功能多、配置全、适应性强、但牺牲了效率、速度和经济性
专用计算机：针对某一任务设计的计算机，是最有效、最经济和最快速的计算机，适应性差 - 从运算速度、存储量、功能强弱：
超级计算机：运算速度超过每秒1亿次的高性能计算机
大中型计算机：有很高的运算速度和很大的存储量但在量级上不及超级计算机
小型机：比大中型机规模小和运算速度低，体积小、价格低、性能价格比高
服务器：可供网络用户共享的高性能计算机
工作站：具有大屏幕显示器和大容量存储器，具有很强的图形交互能力
微型计算机：体积小、功耗低、成本低。按结构和性能划分为单片机、单板机、个人计算机等
计算机发展简史
计算机的五代变化
- 电子管计算机时代（ENIAC）：电子管、磁鼓做内存
- 晶体管时代：晶体管、磁芯做内存、磁带做外存
- 中小规模集成电路计算机时代：半导体存储器做内存，操作系统等出现
- 大规模集成电路计算机时代：微型计算机为代表
- 现代计算机：现代计算机+思维学习和推理能力
存储器的发展
选数管——>打孔卡——>打孔纸带——>磁鼓存储器——>磁带——>传统硬盘（HHD）——>激光光盘——>软盘——>固态硬盘（SSD）
计算机的性能指标
- 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量（B/s）
- 响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量
- 利用率：在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示
- 处理机字长：指处理机运算器中一次能够被完成二进制数运算的位数，如32位，64位
- 总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数
- 存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示
- 存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示
- 主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率叫CPU的主频，时钟周期为主频的倒数
- CPU执行时间：表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间
CPU执行时间 = CPU时钟周期数 * CPU时钟周期 - CPI ： 执行一条指令所需的平均时钟周期数
CPI = 执行某段程序所需的CPU时钟周期数 / 程序包含的指令条数 - MIPS ：平均每秒执行多少百万定点指令数
MIPS ＝ 指令数 ／（程序执行时间＊10^6）= f / (CPI * 10^(-6))
缺点：只适用于标量计算机，精度低，MIPS依赖于指令系统 - FLOPS ：每秒执行浮点操作的次数
MFLOPS = 程序中的浮点操作次数 / 程序执行时间（秒）
同一操作在不同的机器上执行的指令可能不同，但执行的浮点运算是相同的。只能用来衡量机器浮点操作的性能，而不能体现机器整体的性能
计算机硬件
计算机硬件组成
计算机的软件
分类
- 系统软件：语言程序、操作系统、数据库管理系统
- 应用软件：图像浏览器、Office软件、数据库管理系统
发展演变
- 目的程序：用机器语言书写的程序
- 汇编程序：把汇编源程序翻译成机器语言
- 源程序：用算法语言编写的程序
编译系统：把源程序翻译成机器语言，一起执行
解释系统：逐个解释并立即执行 - 操作系统
- 数据库管理系统