02_计算机系统概述

1.什么是计算机

通用电子数字计算机：

• 通用：不是一种专用设备
• 电子：非机械，采用电子元件
• 数字：非模拟，信息采用数字化的形式表

计算机系统：

• 软件
• 硬件

2.冯·诺伊曼结构

• 组成：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备

  • 主存储器：地址和存储的内容
  • 算术逻辑单元 / 处理单元：执行信息的实际处理
  • 程序控制单元 / 控制单元：指挥信息的处理
  • 输入设备：将信息送入计算机中
  • 输出设备：将处理结果以某种形式显示在计算机外

• 存储程序思想：

  • 指令和数据以同等地位存放在存储器内，并可按地址访问
  • 指令和数据均用二进制表示

• CPU区分指令和数据的依据

  • 指令周期中取指令和取数据是在不同阶段
  • 指令和数据的存储位置、寻址方式是没有本质区别的

3.计算机性能

性能评价标准：

• CPU:速度
• 存储器：速度、容量
• I/O:速度、容量
  计算机设计的主要目标是：提高CPU性能

4.CPU性能

4.0CPU时间

CPU用于执行程序的时间，可分为两部分：

• 用户CPU时间：真正用于执行用户代码的时间
• 系统CPU时间：为了执行用户程序而需要CPU操作系统程序的时间
  一般只考虑用户CPU时间，因为系统CPU时间测量不准确

4.1系统时钟

时钟频率:

• 时钟速度
• 单位：Hz
• 计算机在单位时间内（例如1秒钟）执行最基本操作的次数
  时钟周期：
• 周期时间/时钟滴答
• 单位：s
• 执行每次最基本操作的时间。CPU中用于同步执行最基本操作的单个电子脉冲。因此，周期时间即为两个电子脉冲之间的时间
  两者互为倒数

4.2指令执行

• CPI(Cycles Per Instruction):一条指令所需的时钟周期
• MIPS(Million Instruction Per Second):平均每秒执行多少百万条指令
• MFLOPS(Million Floating-point Operation Per Second):浮点数
  

4.3基准程序