计组第一章1

计算机组成原理是理解计算机系统运作的基础，它涵盖了计算机的分类、性能指标、体系结构以及硬件与软件的组成。我们来看计算机的分类。计算机主要分为电子模拟计算机和电子数字计算机。电子模拟计算机使用连续量表示数值，运算过程也是连续的；而电子数字计算机则基于二进制位运算，运算过程是非连续的。数字计算机又可以细分为专用计算机和通用计算机，前者速度快但适应性差，后者如超级计算机、大型机、服务器、PC 机、单片机和多核机，适应性强，应用范围广泛。 在性能指标方面，计算机的性能通常通过吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟周期等参数来衡量。吞吐量表示单位时间内处理的信息量，响应时间是从输入到响应的时间间隔，利用率是系统实际使用时间的比例，处理机字长是运算器一次处理的二进制位数，总线宽度指内部数据传输的二进制位数，存储器容量是所有存储单元的总数，存储器带宽是单位时间内的数据读取量，主频则是影响 CPU 工作速度的关键因素。此外，CPI（每条指令周期数）、MIPS（每秒百万条指令数）和 FLOPS（每秒浮点操作次数）用于评估计算机的运算能力。 冯·诺依曼结构是现代计算机的基础，它包括存储程序和程序控制的概念。在这个设计中，指令和数据都存储在同一存储器中，按照地址顺序执行。相比之下，哈佛结构将指令和数据分开存储，提供了更高的并行处理能力。 计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。运算器负责算术和逻辑运算，存储器包括内存和外存，控制器则解析指令并协调整个系统的操作。总线是连接各个硬件组件的通信路径，接口则作为系统总线与 I/O 设备之间的桥梁。软件层面，计算机系统包括系统软件（如操作系统、编译器）和应用软件（如工程设计、企业管理等）。 计算机系统层次结构展示了从微程序设计级到高级语言级的五级模型。每一级都有其特定的功能和作用，例如，微程序设计级直接执行微指令，而高级语言级则是面向用户编程的抽象层。这种分级结构体现了软件与硬件的逻辑等价性，即软件可以实现硬件的功能，反之亦然，这为固件的出现提供了理论基础，固件结合了软件和硬件的特点，提高了系统的效率和灵活性。 计算机组成原理是理解计算机系统运行机制的关键，它涉及计算机的分类、性能参数、体系结构、硬件与软件的交互，以及系统层次结构的设计，这些知识对于计算机科学的学习和实践至关重要。