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Chapter1计算机系统概述

计算机开展历程

第一代1946-1957数据处理机第二代1958-1964工业控制机第三代1965-1971中小型计算机第四代1972-1990微型计算机第五代单片计算机

计算机系统层次结构

冯·诺依曼机的主要设计思想：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据放在同意存储器中，计算机可以再无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示，指令在存储器中按执行顺序存放。(存储程序并按地址顺序执行)

五层结构：5高级语言级-编译程序4汇编语言级-汇编程序3操作系统级-操作系统2一般机器级-微程序1逻辑电路级-硬件执行

计算机硬件的根本组成

运算器“算盘”、存储器“记忆”、控制器“发号施令”、适配器“转换器”、总线和输入/输出设备。存储程序并按地址顺序执行〔冯·诺依曼计算机工作原理〕

2．计算机软件的分类

①各种效劳性程序②语言类程序③操作系统④数据库管理系统

3．计算机的工作过程

收集信息、处理与存储信息、输出信息

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

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

主频：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f叫CPU的主频

CPU时钟周期：主频的倒数称为CPU时钟周期T，T=1/f

CPI：表示每条指令的周期数，即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

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

MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数。MIPS=指令数/〔程序执行时间*10^6〕

MFLOPS：每秒百万次浮点操作次数，用来衡量机器浮点操作的性能。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/〔程序执行时间*10^6〕

Chapter2数据的表示和运算

数制和编码

1．进位计数值及其相互转换

2．真值和机器数

原码与补码互相转换“正数不变，负数取反+1”移码1+0-符号位，数位

5．校验码

奇偶校验，只能检测出奇数个错误奇数1奇C=0，偶数1时偶C=0

定点数的表示和运算

1．定点数的表示

定点数的运算

加：X补+Y补=[X+Y]补减：[X-Y]补=X补+[-Y]补除：恢复余数法加减交替法

数的字长大于绝对值的现象叫做溢出。两种检测方法：第一种采用双符号位法“变形补码”00正11负01正溢出10负溢出。另一种方法是单符号位法

浮点数的表示和运算

浮点数的表示

32位范围10^-38~10^38基数^因数.尾数。32位1符号8阶码。N=R^e.M，E是阶码，e=E-127

浮点数的加减运算

[1]0操作数检查[2]比拟阶码大小完成对阶：小阶向大阶看齐尾数右移，阶码双符号位，尾数单符号位[3]尾数求和运算[4]结果规格化[5]舍入处理[6]溢出处理

Chapter3内部存储器

存储器的分类

分类方法：①存储介质：半导体存储器和磁外表存储器②存取方式：随机存储器和顺序存储器③存储内容可变性：RAM和ROM④信息易失性：易失性存储器非⑤系统中的作用：内部存储器和外部存储器；主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器、控制存储器。

存储器的层次化结构

1．高速缓冲存储器〔cache〕、主存储器、外存储器

2．主存储器的技术指标

存储容量：指一个存储器中可以容纳的存储单元总数〔1字节8位〕

存取时间：又称存取访问时间，是指一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。

存储周期：指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。/ns

存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量。位/s、字节/s

存取时间、存储周期、存储器带宽三个概念反响了主存的速度指标

半导体随机存取存储器

1．SRAM存储器的工作原理

用一个锁存器作为存储元。只要直流供电电源一直夹在这个记忆电路上，它就无限期地保持记忆的1状态或0状态。如果电源断电，那么存储的数据〔1或0〕就会丧失。

2．DRAM存储器的工作原理

读写周期、刷新周期、集中式刷新、异步式刷新

SRAM存储器的存储元是一个触发器，它具有两个稳定的状态。而DRAM存储器的存储元是由一个MOS晶体管和电容器促成的记忆电路。

SRAM的优点是存取速度快，但存储容量不如DRAM大。二者的优点是体积小，可靠性高，价格低廉，缺点是断电后不能保存信息。只读存储器和闪存存储器正好弥补了它们的缺点，即使断电也仍然保存原先写入的数据。特别是闪存存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及移动性。

只读存储器

只读的意思是在它工作时