文档介绍：第一章计算机系统概论
计算机的分类和应用
计算机的硬件
计算机的软件
计算机系统的层次结构
作业:
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计算机的分类和应用
计算机的分类
计算机分类:
l 模拟:处理在时间和数值上连续的量
l 数字:处理离散的量
数字计算机分类:
l 专用计算机:如工控机、DSP、IOP等
l 通用计算机:GPP
通用机分类:
巨型机(puter)、大型机(Mainframe)、中型机(Medium-puter)、小型机(puter)、微型机(puter)、单片机(Single-puter)
计算机的应用
l 科学计算
传统方式:工作量大、人工处理慢
l 自动控制:数控机床、流水线控制
l 测量和测试:提高精度、在恶劣条件下的测量
l 信息处理:
l 教育、卫生:计算机辅助教学(CAI)、多媒体教室、puterized tomography)
l 家电
l 人工智能
计算机的硬件
数字计算机的硬件组成
五大组成部分:运算器、控制器、存储器、输入/输出设备。
概念:存储单元、地址、存储容量、外存储器、内存储器、指令、程序、指令的组成、存储程序、程序控制、指令系统、指令周期、执行周期、CPU、主机、数据字、指令字、数据流、指令流、适配器。
冯·诺依曼体系结构:
(1) 采用二进制形式表示数据和指令
,只是各自约定的含义不同而已。采用二进制、使信息数字化容易实现,可以用二值逻辑工具进行处理。程序信息本身也可以作为被处理的对象,进行加工处理,例如对照程序进行编译,就是将源程序当作被加工处理的对象。
(2) 采用存储程序方式
这是诺依曼思想的核心内容。如前所述,它意味着事先编制程序,事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。计算机的工作体现为执行程序,计算机功能的扩展在很大程度上体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。
诺依曼机的这种工作方式,可称为控制流(指令流)驱动方式。即按照指令的执行序列,依次读取指令;根据指令所含的控制信息,调用数据进行处理。因此在执行程序的过程中,始终以控制信息流为驱动工作的因素,而数据信息流则是被动地被调用处理。为了控制指令序列的执行顺序,我们设置一个程序(指令)计数器PC(Program Counter),让它存放当前指令所在的存储单元的地址。如果程序现在是顺序执行的,每取出一条指令后PC内容加l,指示下一条指令该从何处取得。如果程序将转移到某处,就将转移后的地址送入PC,以便按新地址读取后继指令。所以,PC就像一个指针,一直指示着程序的执行进程,也就是指示控制流的形成。虽然程序与数据都采用二进制代码,仍可按照PC的内容作为地址读取指令,再按照指令给出的操作数地址去读取数据。由于多数情况下程序是顺序执行的,所以大多数指令需要依次地紧挨着存放,除了个别即将使用的数据可以紧挨着指令存放外、一般将指令和数据分别存放在该程序区户的不同区域。
(3) 由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置等五大部件组成计算机系统,并规定了这五部分的基本功能。
上述这些概念奠定了现代计算机的基本结构思想,并开创了程序设计的新时代。到目前为止,绝大多数计算机仍沿用这一体制,称为诺依曼机体制。学****计算机工作原理也就从诺依曼概念入门。
传统的诺依曼机从本质上讲是采取串行顺序处理的工作机制,即使有关数据巳经准备好,也必须逐条执行指令序列;而提高计算机性能的根本方向之一是并行处理:因此,近年来人们在谋求突破传统诺依曼体制的束缚,这种努力被称为非诺依曼化。对所谓非诺依曼化的探讨仍在争议中,一般认为它表现在以下三个方面的努力。
l 在诺依曼体制范畴内,对传统诺依曼机进行改造,如采用多个处理部件形成流水处理,依靠时间上的重叠提高处理效率;又如组成阵列机结构,形成单指令流多数据流,提高处理速度。这些方向已比较成熟,成为标准结构。
l 用多个诺依曼机组成多机系统,支持并行算法结构。这方面的研究目前比较活跃。
l 从根本上改变诺依曼机的控制流驱动方式。例如