1、第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论n1.1 计算机的分类和应用计算机的分类和应用n1.2 计算机发展简史计算机发展简史n1.3 计算机的硬件计算机的硬件n1.4 计算机的软件计算机的软件n1.5 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构n1.6 计算机的性能指标计算机的性能指标计算机系统简介计算机系统简介由具有各类特殊功能由具有各类特殊功能的信息（程序）组成的信息（程序）组成计算机系统计算机系统计算机的实体计算机的实体如主机、外设等如主机、外设等硬件硬件软件软件1.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用一、电子计算机从总体上来说分为两大类。一、电子计算机从总体上来说分为两大类。n电子模
2、拟计算机。电子模拟计算机。“模拟模拟”就是相似的意就是相似的意思。模拟计算机的特点是数值由连续量来思。模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。表示，运算过程也是连续的。n电子数字计算机，它是在算盘的基础上发电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起来的，是用数目字来表示数量的大小。展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。不连续地跳动计算。1.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用1.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用二、数字计算机分类二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、
3、价数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：分为两类：专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。的计算机，但是它的适应性很差。通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。了效率、速度和经济性。2022-8-161.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用三、通用计算机分类三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容
4、量、指令系统规模和机性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：器价格等可以分为：n超级计算机超级计算机n大型机大型机n服务器服务器n工作站工作站n微型机微型机n单片机单片机双核双核程序员所见到的计算机系统的属性程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性概念性的结构与功能特性计算机计算机体系结构体系结构计算机计算机组成组成实现计算机体系结构所体现的属性实现计算机体系结构所体现的属性有无乘法指令有无乘法指令如何实现乘法指令如何实现乘法指令（指令系统、数据类型、寻址技术、（指令系统、数据类型、寻址技术、I/OI/O机理）机理）（具体指令的实现）（具体指令的实现）计算机体系结
5、构和计算机组成计算机体系结构和计算机组成四、计算机的应用四、计算机的应用n科学计算科学计算n自动控制自动控制n测量和测试测量和测试n信息处理信息处理n教育和卫生教育和卫生n家用电器家用电器n人工智能人工智能1.1计算机的分类和应用计算机的分类和应用1.2计算机发展简史计算机发展简史一、计算机的五代变化一、计算机的五代变化n第一代为第一代为1946194619571957年，电子管计算机：数据处理年，电子管计算机：数据处理n第二代为第二代为1958195819641964年，晶体管计算机：工业控制年，晶体管计算机：工业控制n第三代为第三代为1965196519711971年，中小规模集成电路计算
6、机：年，中小规模集成电路计算机：小型计算机小型计算机n第四代为第四代为1972197219901990年，大规模和超大规模集成电路年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机计算机：微型计算机n第五代为第五代为19911991年开始，巨大规模集成电路计算机：单年开始，巨大规模集成电路计算机：单片机片机1.2计算机发展简史计算机发展简史二、半导体存储器的发展二、半导体存储器的发展n2020世纪世纪50506060年代，所有计算机存储器都是由微小年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环的铁磁体环n19701970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半
7、导体存储器半导体存储器n从从19701970年起，半导体存储器经历了年起，半导体存储器经历了1111代：单个芯片代：单个芯片1KB1KB、4KB4KB、16KB16KB、64KB64KB、256KB256KB、1MB1MB、4MB4MB、16MB16MB、64MB64MB、256MB256MB、GBGB。n其中其中1K=21K=21010,1M=2,1M=22020,1G=2,1G=230301.2计算机发展简史计算机发展简史三、微处理器的发展三、微处理器的发展n19711971年年IntelIntel公司开发出公司开发出Intel 4004Intel 4004。这是第一个将。这是第一个将CP
8、UCPU的所有元件都放的所有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。n微处理器演变中的另一个主要进步是微处理器演变中的另一个主要进步是19721972年出现的年出现的Intel 8008Intel 8008，这是第，这是第一个一个8 8位微处理器，它比位微处理器，它比40044004复杂一倍。复杂一倍。n19741974年出现了年出现了Intel 8080Intel 8080。这是第一个通用微处理器，而。这是第一个通用微处理器，而40044004和和80088008是是为特殊用途而设计的。为特殊用途而设计的。80808080是为通用微机而
9、设计的中央处理器。是为通用微机而设计的中央处理器。n2020世纪世纪7070年代末才出现强大的通用年代末才出现强大的通用1616位微处理器，位微处理器，80868086便是其中之一。便是其中之一。n这一发展趋势中的另一阶段是在这一发展趋势中的另一阶段是在19811981年，贝尔实验室和年，贝尔实验室和HPHP公司开发出了公司开发出了3232位单片微处理器。位单片微处理器。nIntelIntel于于19851985年推出了年推出了3232位微处理器位微处理器Intel 80386Intel 80386。n到现在的到现在的6464位处理器和多核处理器位处理器和多核处理器1.3计算机的硬件计算机的硬
10、件一、数字计算机基本组成一、数字计算机基本组成n控制器：人的大脑的操作控制功能控制器：人的大脑的操作控制功能n运算器：人的大脑的计算功能运算器：人的大脑的计算功能n存储器：人的大脑记忆功能存储器：人的大脑记忆功能n输入设备：交互接口，笔输入设备：交互接口，笔n输出设备：交互接口，纸输出设备：交互接口，纸1.3计算机的硬件计算机的硬件二、二、冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机 存储程序按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备以运算器为中心2022-8-16141.3计算机的硬件计算机的硬件冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机存储器存储器输出输出输入输入运算器运算器控制器
11、控制器数据信号数据信号控制信号控制信号地址信号地址信号算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算存放数据存放数据和程序和程序将信息转换成机将信息转换成机器能识别的形式器能识别的形式将结果转换成将结果转换成人们熟悉的形式人们熟悉的形式指挥程序指挥程序运行运行冯冯诺依曼计算机硬件框图诺依曼计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点1.计算机由计算机由五大部件组成五大部件组成3.指令和数据用二进制表示指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成6.以以运算器运算器为中心为中心2.指令和数据以同等地位存
12、于指令和数据以同等地位存于存储器存储器 可按地址寻访可按地址寻访5.存储程序存储程序5.存储程序存储程序以存储器为中心的计算机硬件框图以存储器为中心的计算机硬件框图程序程序存储器存储器输出设备输出设备输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器数据数据结果结果计算计算ALUALU主存主存辅存辅存CPUCPU主机主机I/OI/O硬件硬件CUCU现代计算机硬件框图现代计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器ALUALUCPU主机主机I/OI/OCUCU主主存存2022-8-161.3计算机的硬件计算机的硬件三、运算器三、运算器n算术运算和逻辑运算算术运算和逻辑
13、运算n在计算机中参与运算的在计算机中参与运算的数是二进制的数是二进制的n运算器的长度一般是运算器的长度一般是8、16、32或或64位位运算电路单元寄存器B累加器A ACC MQ X运算器的基本组成及操作过程运算器的基本组成及操作过程运算器运算器MQACCALUX被加数被加数被减数被减数被除数被除数乘数乘数商商加数加数减数减数被乘数被乘数除数除数加法加法减法减法乘法乘法除法除法和和差差余数余数乘积高位乘积高位乘积低位乘积低位运算器运算器MQACCALUXACC ACC 被加数被加数ACC初态初态 加法操作过程加法操作过程 ACC+XACC+XALU M XM XXACCACCACC指令指令 加加
14、M M 减法操作过程减法操作过程运算器运算器MQACCALUX指令指令 减减M MACC ACC 被减数被减数ACC初态初态 M XM XX ACC-XACC-XALUACCACCACC运算器运算器MQACCALUXACCACC ACC 被乘数被乘数初态初态 ACCMQ MMMQMQ指令指令 乘乘M M 乘法操作过程乘法操作过程X ACCACCX X00ACCACCALU XXMQMQACCACCMQMQACCMQ运算器运算器MQACCALUXACC ACC 被除数被除数ACC初态初态 ACCACCXXALUMQMQACCMQ余数在余数在ACCACC中中指令指令 除除M M M M X XX
15、除法操作过程除法操作过程1.3计算机的硬件计算机的硬件四、存储器四、存储器n存储数据和程序（指令）存储数据和程序（指令）n容量（存储单元、存储单元地址、容量单位）容量（存储单元、存储单元地址、容量单位）n分类内存（分类内存（ROM、RAM）、外存）、外存n存储器单位：存储器单位：n210 byte1Kn210 K1Mn210 M1Gn210 G1T存储体存储体大楼大楼存储单元存储单元 存放一串二进制代码存放一串二进制代码存储字存储字 存储单元中二进制代码的组合存储单元中二进制代码的组合存储字长存储字长 存储单元中二进制代码的位数存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号每个存储单元赋
16、予一个地址号按地址寻访按地址寻访 存储单元存储单元 存储元件存储元件（0/1）房间房间 座位座位（无人（无人/有人）有人）存储器的基本组成存储器的基本组成主存储器主存储器存储体存储体MARMARMDRMDRMARMARMDRMDR 存储单元个数存储单元个数 16存储字长存储字长 8 设设 MARMAR =4 位位 MDRMDR =8 位位存储器地址寄存器存储器地址寄存器反映存储单元的个数反映存储单元的个数存储器数据寄存器存储器数据寄存器反映存储字长反映存储字长存储器的基本组成存储器的基本组成主存储器主存储器存储体存储体MARMARMDRMDR1.3计算机的硬件计算机的硬件五、控制器五、控制器指
17、令和程序指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储指令的形式（操作和地址码、存储程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统）统）指令和数据存储指令和数据存储取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令PCPCIRIRCUCUPCIRCUCU取指取指执行执行PC PC 存放当前欲执行指令的地址存放当前欲执行指令的地址 具有计数功能（具有计数功能（PCPC）+1 PC1 PCIR IR 存放当前欲执行的指令存放当前欲执行的指令访存访存访存访存完成完成一条一条指令指令控制器的基本组成控制器的基本组成1.3计算机的硬件计算机的硬件六、六、控制器的基本任务控制
18、器的基本任务n控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期期n控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。一般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，一般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器。是数据流，它由内存流向运算器。1.3计算机的硬件计算机的硬件七、适配器与七、适配器与I
19、/O设备设备n输入设备：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部输入设备：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式所能接收和识别的二进制信息形式n输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式所能接收和识别的信息形式n适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作n总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统
20、部件之间进行数据传送的公共通路。数据传送的公共通路。总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也是人们常说的输出设备组成的。这也是人们常说的计算机硬件。计算机硬件。建立数学模型建立数学模型 -+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin 编制解题程序编制解题程序 确定计算方法确定计算方法程序程序 运算的运算的 全部步骤全部步骤0,1,2,)()(21nyn xynx=+=指令指令 每每 一个步骤一个步骤计算机的解题步骤计算机的解题步骤取取x 至运算器中至运算器中乘以乘以x 在运
21、算器中在运算器中乘以乘以a a 在运算器中在运算器中存存a ax2 在存储器中在存储器中取取b b 至运算器中至运算器中乘以乘以x 在运算器中在运算器中加加a ax2 在运算器中在运算器中加加c c 在运算器中在运算器中=(=(a ax+b b)x+c c 取取x 至运算器中至运算器中乘以乘以a a 在运算器中在运算器中加加b b 在运算器中在运算器中乘以乘以x 在运算器中在运算器中加加c c 在运算器中在运算器中计算计算 ax2+bx+c编程举例编程举例000001 0000001000000001 0000001000打印打印 停机停机取数取数 ACC ACC存数存数 ACC ACC 加加
22、 ACC+ACC+ACCACC乘乘 ACCACC ACC ACC指令格式举例指令格式举例操作码操作码地址码地址码 打印机打印机指令和数据存于主存单元的地址 指令 注释操作码 地址码 00000010000001000取数x至ACC 10001000000001001乘a得ax存于ACC中 20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中 30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中 40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC 50000100000001100将ax2+bx+c存于主存单元 60001010000001100打印
23、7000110停机 8 x原始数据x 9 a原始数据a 10 b原始数据b 11 c原始数据c 12存放结果计算计算 ax2+bx+c 程序清单程序清单ax2+bx+c 程序的运行程序的运行过程过程 将程序通过输入设备送至计算机将程序通过输入设备送至计算机 程序首地址程序首地址 打印结果打印结果 分析指令分析指令 取指令取指令 停机停机 启动程序运行启动程序运行,(PC,(PC )+)+1 PC1 PC 执行指令执行指令 MARMARM MMDRMDRIRIRPCPCCUCUOP(IR)OP(IR)Ad(IR)Ad(IR)MARMARM MMDRMDRACCACCPCPC12356789以取数
24、指令为例以取数指令为例4主机完成一条指令的过程主机完成一条指令的过程CU控制控制单元单元主存储器主存储器MDRMAR存储体存储体CPUPC控制器控制器IR运算器运算器MQACCALUXI/O12356798以存数指令为例以存数指令为例4CU控制控制单元单元主存储器主存储器MDRMAR存储体存储体CPUPC控制器控制器IR运算器运算器MQACCALUXI/O主机完成一条指令的过程主机完成一条指令的过程1.4计算机的软件计算机的软件一、软件的组成与分类一、软件的组成与分类计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机系统中不可少的无形部件。主要有两大类
25、：系统中不可少的无形部件。主要有两大类：n系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提高系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：它包括以下四类：各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等操作系统数据库管理系统n应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制的应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算
26、程序等序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等1.4计算机的软件计算机的软件二、软件的发展演变二、软件的发展演变n编程语言的发展编程语言的发展手编程序：机器语言程序，手工编译二进制码汇编程序：符号语言程序，汇编程序汇编高级程序：算法语言/高级语言，机器编译程序/解释程序n系统软件的发展系统软件的发展操作系统分布式系统软件按任务需要编制成的各种程序按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统用来管理整个计算机系统 系统软件系统软件应用软件应用软件语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统服务性程序服务性程序数据库管理系统数据库管理系统网络软件网络软件软软件件应用程序用层次的观点看到的计算
27、机用层次的观点看到的计算机软件开发工具用户操作系统硬件1.5计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构一、多级计算机系统一、多级计算机系统 计算机不能简单地认为是一种电子设备，而计算机不能简单地认为是一种电子设备，而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图所示。程序设计，如图所示。1.5计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构二、五级计算机层次系统二、五级计算机层次系统n第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬
28、件级，它由机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行应用程序。微指令来编写，那么可在这一级上运行应用程序。n第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。解释机器指令系统。这一级也是硬件级。n第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混
29、合级。统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。1.5计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构n第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写时，序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写时，则机器必须要有这一级的功能；如果应用程序不采用则机器必须要有这一级的功能；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。汇编语言编写，则这一级可以不要。n第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户第五级是高级语言级
30、，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。程序支持和执行。1.5计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构三三、软件与硬件逻辑等价性、软件与硬件逻辑等价性n随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来任何指令的执行可以由硬件完成，也可以
31、由软件来完成。完成。n任何操作可以由软件来实现也可以有硬件来实现任何操作可以由软件来实现也可以有硬件来实现（设计计算机系统时，应考虑各个方面的因素：价（设计计算机系统时，应考虑各个方面的因素：价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期）格、速度、可靠性、存储容量、变更周期）n实体硬件机功能的扩大实体硬件机功能的扩大n固件的概念（功能上是软件，形态上是硬件）固件的概念（功能上是软件，形态上是硬件）1.6 计算机的性能指标计算机的性能指标1.6.1计算机的性能指标计算机的性能指标:1、吞吐量、吞吐量表征一台计算机在某一时间间隔表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，单位是字节内能够处理的信息量
32、，单位是字节/秒（秒（B/S）。）。2、响应时间、响应时间表征从输入有效到系统产生响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，例如微秒（应之间的时间度量，用时间单位来度量，例如微秒（10-6S）、纳秒（）、纳秒（10-9S）。）。3、利用率、利用率表示在给定的时间间隔内，系统表示在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，一般用百分比表示。被实际使用的时间所占的比率，一般用百分比表示。4、处理机字长、处理机字长指处理机运算器中一次能够指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。当前处理机的字长有完成二进制数运算的位数。当前处理机的字长有8位、位、16位、位、32
33、位、位、64位。位。字长越长，表示计算的精度越高。字长越长，表示计算的精度越高。1.6 计算机的性能指标计算机的性能指标5、总线宽度、总线宽度一般指一般指CPU中运算器与存储器之间进行中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。互连的内部总线二进制位数。6、存储器容量、存储器容量存储器中所有存储单元的总数目，通常存储器中所有存储单元的总数目，通常用用KB、MB、GB、TB来表示。来表示。其中其中K=210，M=220，G=230，T=240，B=8位（位（1个字节）。个字节）。存储器容量越大，记忆的二进制数越多。存储器容量越大，记忆的二进制数越多。7、存储器带宽、存储器带宽存储器的速度指
34、标，单位时间内从存储存储器的速度指标，单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。秒表示。8、主频、主频/时钟周期时钟周期CPU的工作节拍受主时钟控制，主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（时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f）叫）叫CPU的主频。的主频。度量单位是度量单位是MHz（兆赫兹）、（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。例如（吉赫兹）。例如Pentium系列机系列机为为60MHz266MHz，而，而Pentium 4升至升至3.6GHz 1.6 计算机的性能指标计算机的性能指标主频的倒数称为主频的倒
35、数称为CPU时钟周期（时钟周期（T），即），即T=1/f，度量单位是微秒、纳秒，度量单位是微秒、纳秒。9、CPU执行时间执行时间表示表示CPU执行一段程序所占用的执行一段程序所占用的CPU时间，时间，可用下式计算：可用下式计算：CPU执行时间执行时间 CPU时钟周期数时钟周期数 CPU时钟周期长时钟周期长 10、CPI表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。用下式计算：钟周期数。用下式计算：CPI 执行某段程序所需的执行某段程序所需的CPU时钟周期数时钟周期数该程序包含的指令条数该程序包含的指令条数 11、MIPS表示每秒百万条指令
36、数，用下式计算：表示每秒百万条指令数，用下式计算：MIPS 指令条数指令条数 程序执行时间程序执行时间 106 时钟频率时钟频率 CPI 106 1.6 计算机的性能指标计算机的性能指标 12、程序执行时间、程序执行时间Te为：为：Te 指令条数指令条数MIPS 106 13、MFLOPS表示每秒百万次浮点操作次数，用下式计算：表示每秒百万次浮点操作次数，用下式计算：MFLOPS 程序中的浮点操作次数程序中的浮点操作次数 程序执行时间程序执行时间 106 MIPS是单位时间内的执行指令数，所以是单位时间内的执行指令数，所以MIPS值越高说明机器速度越快。值越高说明机器速度越快。MFLOPS是基
37、于操作而非指令的，只能用来衡量机器浮点操作的性能是基于操作而非指令的，只能用来衡量机器浮点操作的性能，而不能体现机器的整体性能。，而不能体现机器的整体性能。TFLOPS表示每秒万亿次浮点操作次数，该技术指标一般在超级表示每秒万亿次浮点操作次数，该技术指标一般在超级计算机中使用。计算机中使用。1.6.2 计算机硬件的主要技术指标1.机器字长机器字长2.运算速度运算速度CPUCPU 一次能处理数据的位数一次能处理数据的位数与与 CPUCPU 中的中的 寄存器位数寄存器位数 有关有关=ni=1fi tiTM吉普森法吉普森法主频主频每秒执行百万条指令每秒执行百万条指令MIPSMIPS执行一条指令所需时
38、钟周期数执行一条指令所需时钟周期数CPICPI每秒浮点运算次数每秒浮点运算次数FLOPSFLOPS221 =256KB213 =1KB如如：3.存储容量存储容量主存容量主存容量辅存容量辅存容量存储单元个数存储单元个数 存储字长存储字长字节数字节数字节数字节数 80GB如：如：MAR MDR MAR MDR 容量容量10 816 32存放二进制信息的总数量存放二进制信息的总数量1K=2101Byte=231G=2301K 8位位64K 32位位第一章小结第一章小结n计算机系统的计算机系统的 基本概念基本概念构成：硬件和软件层次结构n计算机系统的基本工作原理计算机系统的基本工作原理n计算机的基本组成部分计算机的基本组成部分五大部件n冯冯诺依曼型计算机特点诺依曼型计算机特点n计算机的性能指标计算机的性能指标n作业：作业：4、5、6、11、12、
