# 1.计算机系统的组成问题1：计算机的发展呈现出两种趋势
问题2：我国目前运算速度最快的超级计算机每秒可进行多少次浮点计算？（2021年408第12题）
2.计算机的硬件
2.1:冯 .诺依曼计算机
2.1.1:"存储程序”的概念
冯 .诺依曼提出了存储程序这一思想，即将事先编制好的程序和原始数据以二进制的形式送入主存后才会执行，一旦程序被启动执行，就无需操作人员的干预，计算机会自动逐条的执行指令，直至程序执行结束。基于这一思想，世界上第一台采用冯 .诺依曼结构的计算机(EDVAC)诞生了。
2.1.2:冯 .诺依曼计算机的六大特点
2.1.3冯 .诺依曼计算机的结构
2.1.4冯 .诺依曼计算机的缺陷是什么？如何改进的？
冯 .诺依曼计算机是以运算器为中心的，每次进行输入/输出操作(简称为I/O操作)时，都需要运算器参与,占用了许多可以用于运算的时间，为了解决这一缺陷，现代计算机变成了以存储器为中心，使得I/O设备可直接与存储器进行数据交换，提高了计算机整体的效率。
2.2：五大部件的功能
1.输入设备：将需要计算机处理的信息转换成计算机能够识别的形式(二进制形式)。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
2.输出设备：将计算机的运算结果转换成人们熟悉的信息形式。常见的输出设备有显示器、打印机等。
2.3：现代计算机的结构
2.3.1：习题
2.4:主存储器、运算器、控制器的基本组成
补充:寄存器的概念
2.4.1:主存储器的基本组成
2.4.2:运算器的基本组成
2.4.3:控制器的基本组成
3.计算机的软件
程序是软件的重要组成部分，一台计算机中的全部程序和数据就构成了这台计算机的软件系统。
3.1:软件的分类
3.2:编程语言的发展
3.2.1：程序设计语言与翻译程序的关系
3.2.2:使用gcc编译C语言程序的例子
3.3:软件的发展
3.3.1：相关的考研真题
4.计算机系统的层次结构
4.1:计算机系统的分层思想
4.1.1:计算机系统各层级之间的关系
下层是实现上层的基础，上层实现对下层的功能扩展
5.软件与硬件的逻辑功能等价性
5.1:软、硬件逻辑功能等价的示例：
想要实现乘法运算，既可以在运算器中设计一个专门的硬件电路来实现乘法运算，只需要一条乘法指令，运算器就会给出运算的结果（采用硬件实现）。也可以将乘法运算转换成多次的加法运算，然后执行多次加法指令，就可以得出结果（采用软件实现）。
5.1.1：习题
5.2:指令集体系结构(ISA :Instruction Set Architecture)
ISA是软件和硬件之间的界面。设计计算机系统的ISA就是要定义一台计算机能支持哪些指令，以及每条指令的作用是什么，每条指令的用法是什么。
为了综合考虑到性能与成本的平衡，我们在设计计算机系统时，就需要考虑到计算机系统的ISA。
6.计算机的基本工作原理（难）
本节内容相当于课程全部章节的概述，目的是让同学们对计算机的基本工作原理有一个初步的、整体的印象。
对于没有学习过相关先修课程的跨专业的同学，本节内容的难度较大，遇到实在无法理解的内容，请不要“钻牛角尖”、也不要灰心，暂时放过去，随着后续各章内容的学习，最终一定能够很好地理解本节的内容。
6.1：运算器的组成
看到这里，我们已经了解了运算器中算数逻辑单元ALU、累加器ACC、乘商寄存器MQ、操作数寄存器X各自的作用。只是暂时还不熟悉，没关系，我们再换一种表述方式，进一步介绍ALU执行加减乘除的过程。
6.2:主存储器的组成
6.3:控制器的组成
接下来，我们将计算机的各个硬件进行细化。
6.4:编写a * b + c 的机器指令程序（难）
6.5：计算机的工作过程（难）
6.5.1：总结
一条指令的周期包括取指令、分析指令、执行指令这三个阶段。每条指令的前面两个阶段（即取指令和分析指令）的执行过程都一样，只有分析完指令之后，CU才能知道这条指令是干嘛的，接下来就执行该指令。指令和数据都是以二进制的形式存储，那么CPU如何知道从内存中取出的是指令还是数据呢？答案：根据指令周期的不同阶段，CPU就可以区分出从内存取出的是指令还是数据了。再说的详细点：在取指令阶段，凡是从PC中存储的地址所对应的存储单元中取出的内容，CPU会将其视为指令；在分析指令阶段，IR会将该指令的操作码送到CU中，CU经过分析后，就知道这条指令是干嘛的(比如指令要执行的是加法操作)，于是准备执行该指令；在指令执行阶段，凡是从该指令的地址码所对应的存储单元中取出的内容，CPU会将其视为数据。
7.计算机系统的性能指标
① 计算机系统的性能指标是用来衡量计算机系统在各种操作和任务中的工作效率、执行速度以及处理能力的标准。
② 计算机系统的性能指标可以帮助人们评估计算机系统的整体表现，从而更好地了解系统在不同方面的优势和限制。
7.1:补充：与容量相关的单位及其转换
7.2:主存的容量
7.3:CPU的性能指标
7.4:系统整体的性能指标
7.5:思考几个问题
问题1:主频高的CPU一定比主频低的CPU运算速度快吗？
不一定。比如第一个CPU的主频为2GHz，平均CPI为10；第二个CPU的主频为1GHz，平均CPI为1。对于第一个CPU而言，1秒内可以执行0.2G条指令，第二个CPU一秒内可以执行1G条指令，显然第二个CPU的运算速度更快。
问题2:当两个CPU的平均CPI相同时，主频高的CPU的运算速度更快吗？
不一定，还需要看指令系统。假设主频高的CPU不支持乘法指令，而主频低的CPU支持乘法指令，进行乘法运算时，主频高的CPU需要将乘法运算转换成多次加法运算，而主频低的CPU可以直接执行乘法指令。
问题3:基准程序执行得越快能够说明机器的性能越好吗？
不能，跑分仅供参考，不能完全说明性能的好坏。
8.计算机系统的性能指标（重点内容 ）
① 计算机系统的性能指标是用来衡量计算机系统在各种操作和任务中的工作效率、执行速度以及处理能力的标准。
② 计算机系统的性能指标可以帮助人们评估计算机系统的整体表现，从而更好地了解系统在不同方面的优势和限制。
