考研西电（833），考什么？计算机组成原理第一章要点

1.1 计算机的发展历史（必须要了解的知识点）

1.1.1 发展历史

1. Atanasoff-Berry 计算机（简称 ABC）是世界上第一台用电子管制造的二进制电子计算机。
2. ENIAC 是世界上第一台全电子通用数学计算机。

计算机的四代变化：

1. 第一代计算机（1946-1957）——电子管时代。特点：逻辑元件采用电子管；使用机器语言进行编程；主存储器用延迟线或磁鼓存储信息，容量极小；体积庞大，成本高；运算速度较低，一般只有几千次到几万次每秒。
2. 第二代计算机（1956-1964）——晶体管时代。特点：逻辑元件采用晶体管；运算速度提高到几万次到几十万次每秒；主存储器使用磁芯存储器；计算机软件也得到了发展，开始出现了高级语言及其编译程序，有了操作系统的雏形。
3. 第三代计算机（1965-1971）——中小规模集成电路时代。特点：逻辑元件采用中小规模集成电路；半导体存储器开始取代磁芯存储器；高级语言发展迅速，操作系统也进一步发展，开始有了分时操作系统。
4. 第四代计算机（1972年至今）——超大规模集成电路时代。特点：逻辑元件采用大规模集成电路和超大规模集成电路，产生了微处理器；诸如并行、流水线、高速缓存和虚拟存储器等概念用在了这代计算机中。

注：在《计算机组成与系统结构》（第二版）中将1972年至今的计算机分成了两部分，这里衔接上文

1.第四代计算机（1972-2021）——大规模和超大规模集成电路计算机。特点：1.计算机的存储器由半导体存储器实现。2.微处理器的广泛使用。
2.第五代计算机（2010年至今）——巨大规模集成电路计算机。特点：1.体积小，功耗低，性能强。2.通过并行处理技术实现高性能。3.性能强，算法要求高，促进操作系统等各种软件快速发展。4.虚拟化技术广泛应用。

1.1.2 摩尔定律★★

定义：摩尔定律描述为：集成电路芯片的集成度每18个月翻一番。
在408中是这样描述的：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

意义：摩尔的预言不仅对他本人，而且对整个社会都是意义下深远的。后来摩尔与其他人共同成立了英特尔公司，并通过他开创的技术创造了无数的财富。
摩尔定律并不是一个物理定律，而是一种预言，他鞭策着工业界不断地改进，并努力去实现它。从人们认识摩尔定律开始，无论是Intel公司、AMD公司，还是其他半导体器件公司，无一不是在不断的努力去实现摩尔定律，不断地推出集成度更高的产品。

影响：

1.2 计算机的基本组成

计算机由硬件和软件两大部分组成，其基本功能为控制、运算、存储和传输。
软件和硬件在逻辑上是等效的。

1.2.1 硬件系统

1. 存储程序：将二进制以代码的形式事先输入计算机主存储器。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。
2. 计算机的五大部件：运算器、控制器、输入设备和输出设备
3. 冯-诺依曼计算机工作的基本思想：将计算机要处理的问题用指令编成程序，并将程序存放在存储器中，在控制器的控制下，从存储器中逐条取出指令并执行，通过执行程序最终解决计算机所要处理的问题。

冯-诺依曼计算机的特点：

在这里就了解一下计算机的五大部件（408）：

1. 输入设备
   输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入计算机。最常用也是最基本的输入设备是键盘，此外还有就是鼠标、扫描仪、摄像机等。
2. 输出设备
   输出设备的任务是将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形式输出。最常用、最基本的输出设备是显示器、打印机。输入输出设备简称（I/O设备）
3. 存储器
   存储器分为主存储器（主存）和辅助存储器（外存）。CPU能够直接访问的存储器是主存储器。辅助存储器中的信息必须调入主存储后，才能为CPU所访问。主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取的，这种存取方式为按地址存取方式。
4. 运算器
   运算器是计算机的执行部件，用于进行算术运算和逻辑运算。运算器的核心是算术逻辑单元。运算器包含若干通用寄存器，用于暂存操作数和中间结果，如累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基址寄存器（BR）等，其中前三个寄存器是必备的。运算器内还有程序状态寄存器（PSW），也称标志寄存器。用于存放ALU运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息。
5. 控制器
   控制器是计算机的指挥中心，由其指挥各部件自动协调的进行工作。控制器是由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）和控制单元（CU）组成。

1.2.2 软件系统

1. 软件系统一般包括两大部分：系统软件和应用软件。
   系统软件包括：操作系统（最重要的系统软件）（操作系统的五大功能：处理器管理，存储管理，文件管理，设备管理及作业管理）、语言处理程序、各种服务支持软件。

1.2.3 指令集系结构

1. 处理器支持的指令和指令的字节级编码称为指令集体系结构（ISA）。
2. 典型的ISA：（1）X86，（2）ARM，（3）POWER，（４）MIPS，（５）SPARC，（６）RISC－V

1.2.4 高级语言程序的执行过程

1. 由二进制的机器指令构成的程序称作机器语言代码。
2. 需要由编译器将程序员设计的高级语言源代码转换为计算机硬件能直接识别和执行的机器语言代码。

1.3 计算机的层次概念

1.3.1 计算机系统的层次结构

1.3.2 计算机体系结构、组成与实现

• 今天的计算机体系结构所指的计算机的属性主要包括：
  
• 计算机组成的设计主要包括：
  
• 体系结构决定了计算机的总体属性，组成是体现这些属性的逻辑设计，而实现则是用物理器件来实现逻辑设计。

1.4 计算机分类及性能描述

1.4.1 计算机分类

• 按用途分类
• Flynn分类法

1. Flynn分类法是按照计算机再执行程序的过程中信息流的特征进行分类的。
   2.在程序执行中 三种信息流：
   
   下完成指令的功能。
2. Flynn分类法，可将计算机分为四类
   
   

1.4.2 计算机系统性能描述（看教材例题）

1. 概念
   执行时间也成为响应时间，定义为一个任务从开始到完成所用的时间或计算机完成一个任务所用的总时间。
   吞吐量定义为在给定时间内完成的总任务数。
2. 公式
   
   计算机的性能与吞吐率成正比。
   

相对性能（性能比）定义：

1.4.3 Amdahl定律★★★（看教材例题）

1. 概念
   fe：可改进部分在原系统总执行事件中所占的比例
   re：可改进部分改进后性能提高的程度
   Sp：加速比（加速比=加速前/加速后）
2. 公式
   单个部件
   
   多个部件同时改进的情况下：
   

重要考点（同学们注意啦）

1. 摩尔定律的定义和意义

1.定义：摩尔定律描述为：集成电路芯片的集成度每18个月翻一番。
在408中是这样描述的：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
2.意义：摩尔的预言不仅对他本人，而且对整个社会都是意义下深远的。后来摩尔与其他人共同成立了英特尔公司，并通过他开创的技术创造了无数的财富。
摩尔定律并不是一个物理定律，而是一种预言，他鞭策着工业界不断地改进，并努力去实现它。从人们认识摩尔定律开始，无论是Intel公司、AMD公司，还是其他半导体器件公司，无一不是在不断的努力去实现摩尔定律，不断地推出集成度更高的产品。

2. 体系结构（软硬件）

1，硬件
（1）冯-诺依曼计算机五大部件：运算器、控制器、输入设备和输出设备
（2）冯-诺依曼计算机工作的基本思想：将计算机要处理的问题用指令编成程序，并将程序存放在存储器中，在控制器的控制下，从存储器中逐条取出指令并执行，通过执行程序最终解决计算机所要处理的问题。

2.软件
（1）软件系统一般包括两大部分：系统软件和应用软件。
（2）系统软件包括：操作系统（最重要的系统软件）
（3） 处理器支持的指令和指令的字节级编码称为指令集体系结构（ISA）。
（4）典型的ISA：（1）X86（知道这个就差不多了）
（5） 计算机系统的层次结构
（6） 计算机分类（Flynn分类法（内容））
（7）性能的计算

3. Amdahl定律

1. 概念
   fe：可改进部分在原系统总执行事件中所占的比例
   re：可改进部分改进后性能提高的程度
   Sp：加速比（加速比=加速前/加速后）
2. 公式（会计算）