1.1 计算机系统简介
计算机系统结构：主要研究软硬件功能的分配和对软硬件界面的确定。
计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现是对计算机组成的物理实现。
计算机系统的层次结构
第三级： 虚拟机器M4（高级语言机器） 用编译程序翻译成汇编语言程序
第二级： 虚拟机器M3（汇编语言机器） 用汇编语言翻译成机器语言程序
操作系统： 虚拟机器M2 （操作系统机器） 用机器语言解释操作系统
第一级： 传统机器M1（传统机器M1） 用微程序解释机器命令
第零级： 微程序机器M0 （微指令系统） 由硬件直接执行微指令
1.2 计算机的基本组成
冯·诺依曼计算机的特点（机器以运算器为中心）
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计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成
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指令(程序)和数据以二进制不加区别地存储在存储器中
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程序自动运行
- 区别以运算器为中心的计算机还是存储器的方法
看输入设备能否直接与存储器相连，是的话就是以存储器为中心
现代计算机由三大部分组成（已经转化为以存储器为中心）
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CPU(Central Processing Unit) 中央处理器，核心部件为ALU(Arithmetic Logic Unit,算术逻辑单元)和CU(Control Unit,控制单元)
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I/O设备(受CU控制)
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主存储器(Main Memory,MM)，分为RAM(随机存储器)和ROM(只读存储器)
//CPU与MM合成主机，I/O设备可称为外部设备
一条指令在CPU的执行过程
// 专业术语
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Ad(Address) 形式地址
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DR(Data Register) 数据寄存器
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AR(Address Register) 地址寄存器(MAR)
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IR(Instruction Register) 指令寄存器
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BR(Buffer Register) 缓冲寄存器(MBR)
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ID(Instruction Decoder) 指令译码器
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PC(ProgramCounter) 程序计数器
- CPU内部结构框图
过程详述：
几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的CPU，其工作都可以分为5个阶段：
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取指令
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指令译码
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执行指令
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访存取数
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结果写回
1.取指令阶段
取指令（Instruction Fetch，IF）阶段是将一条指令从主存中取到指令寄存器的过程。
程序计数器PC中的数值，用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后，PC中的数值将根据指令字长度而自动递增：若为单字长指令，则(PC)+1àPC；若为双字长指令，则(PC)+2àPC，依此类推。
//PC -> AR -> Memory
//Memory -> IR
2.指令译码阶段
取出指令后，计算机立即进入指令译码（Instruction Decode，ID）阶段。
在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
在组合逻辑控制的计算机中，指令译码器对不同的指令操作码产生不同的控制电位，以形成不同的微操作序列；在微程序控制的计算机中，指令译码器用指令操作码来找到执行该指令的微程序的入口，并从此入口开始执行。
// { 1.Ad
//Memory -> IR -> ID -> { 2.PC变化
// { 3.CU（Control Unit）
3.访存取数阶段
根据指令需要，有可能要访问主存，读取操作数，这样就进入了访存取数（Memory，MEM）阶段。
此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。
//Ad -> AR -> AD -> Memory
4.执行指令阶段
在取指令和指令译码阶段之后，接着进入执行指令（Execute，EX）阶段。
此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。为此，CPU的不同部分被连接起来，以执行所需的操作。
例如，如果要求完成一个加法运算，算术逻辑单元ALU将被连接到一组输入和一组输出，输入端提供需要相加的数值，输出端将含有最后的运算结果。
//Memory -> DR -> ALU
5.结果写回阶段
作为最后一个阶段，结果写回（Writeback，WB）阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式：结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取；在有些情况下，结果数据也可被写入相对较慢、但较廉价且容量较大的主存。许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态，这些标志位标识着不同的操作结果，可被用来影响程序的动作。
//DR -> Memory
6.循环阶段
在指令执行完毕、结果数据写回之后，若无意外事件（如结果溢出等）发生，计算机就接着从程序计数器PC中取得下一条指令地址，开始新一轮的循环，下一个指令周期将顺序取出下一条指令。
//重复 1~5
//遇hlt(holt on)停止
计算机分类
高性能计算机： 处理量大，运算速度快的计算机领域的高尖端产品。
个人计算机： 台式机，笔记本等
工作站： 以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形，图像处理能力，为满足工程设计，动画制作，等专业领域而设计研发的计算机。
服务器：一种在网络环境下为多个用户提供服务的计算机系统。
计算机硬件技术指标
主频：时钟频率，指计算机的cpu在单位时间内发出的脉冲数。 MHz兆赫兹。
机器字长：cpu一次能处理二进制数据的位数。通常与cpu内的寄存器的位数有关。字长越大，数的表示范围就越大，精度也越高。字长HIA决定了指令直接寻址的能力。一般机器的字长都是字节的1,2,4,8倍。比如64系统是字节的8倍。
存储容量：计算机能存储的信息总字节量称为该计算机系统的存储容量，内存储器中能储存的信息总字节称为内存容量。通常以8个二进制位（bit）作为一个字节。内存量大，处理数据的范围就越广，运算速度一般也快。
存取周期：把信息代码存入储存器，称为“写”，把信息代码从存储器中取出，称为“读”。存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间，而连续启动两次独立的“读”或“写”操作所需要的最短时间，称为存取周期。
运算速度： 衡量计算机运算速度的单位是MIPS（百万条指令/秒）。
推荐书籍
《计算机组成原理》
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