1、计算机系统概述

计算机系统

计算机系统 = 硬件 + 软件

硬件
- 内存、硬盘、cpu、键鼠等
软件
- 系统软件：管理整个计算机系统
  - 操作系统、数据库管理软件（DBMS）、标准程序库、网络软件、服务程序，语言处理程序
- 应用软件：根据任务需要编写的各种程序
  - qq、微信

硬件发展历程

第一代：电子管时代（1946-1957）
- 1946 - 第一台电子数字计算机ENIAC - 逻辑元件是电子管
第二代：晶体管时代（1958-1964）
- 操作系统雏形诞生
- 面向过程语言FORTRAN出现
第三代：中小规模集成电路（1964-1971）
- 高级语言迅速发展
- 出现分时操作系统
第四代：大规模、超大规模集成电路（1972-至今）
- 出现微处理器
- 个人计算机出现（PC）
- 操作系统快速发展

摩尔定律

intel创始人摩尔提出，集成电路上可容纳的晶体管数目，大约每隔18个月就会提升一倍，性能也随之提升一倍

发展两极化

1、微型计算机向着更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展

2、巨型机向着更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展

计算机硬件的基本组成

1、早期冯诺依曼结构

存储程序：将指令以二进制代码的形式实现输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束

计算机中，软件和硬件在逻辑上是等效的

冯诺依曼计算机的特点：

1、计算机由五大部件组成

2、指令和数据以同等地位存于存储器、可按地址寻访

3、指令和数据用二进制表示

4、指令由操作码和地址码组成

5、存储程序

6、以运算器为中心

2、现代计算机结构

现代计算机的特点**：以主存储器（内存）为中心**

各种硬件

1、主存储器（内存）

存储体：由一个个存储单元组成，存储单元地址从0开始，大小和MDR一样

MAR（Memory Address Register）：存储地址寄存器

MDR（Memory Data Register）：存储数据寄存器

2、运算器（CPU）

ACC（Accumulator）：累加器，用于存放操作数，或运算结果

MQ（Multiple-Quotient Register）：乘商寄存器，在乘除运算时，用于存放操作数或运算结果

ALU（Arithmetic and Logic Unit）：算数逻辑单元，通过内部复杂电路实现算数运算、逻辑运算，运算器的核心部件

X：通用的操作数寄存器，用于存放操作数

3、控制器

CU（Contol Unit）：控制单元，分析指令，给出控制信号

IR（Instruction Register）：指令寄存器，存放当前执行的指令

PC（Program Counter）：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加一功能

计算机的工作过程

有c语言程序如下：

int a = 2,b = 3,c = 1,y = 0;
void main(){
    y = a * b + c;
}

编译后装入主存：

1、根据PC（程序计数器）中存放的下一条指令地址，从主存中获取指令（操作码和地址码）放到IR（指令寄存器）中

2、然后IR将指令的前6个bit（操作码）发送到CU（控制单元），CU对指令进行分析

3、000001）是一个取数指令，通过地址码到主存中取到相应的操作数放到ACC（累加器）中

4、（000100）是一个乘法指令，通过地址码到内存中取到另一个乘数放到MQ（乘商寄存器）中，再将ACC中的值放到X（通用寄存器）中，然后CU控制ALU（算术逻辑单元）进行乘法运算，ALU将X和MQ中存储的两个数进行乘法运算并将结果放到ACC中（如果结果过大，则使用MQ辅助存储）