第一章——概论 - AlgosEng

计算机基本概念

逻辑模块：输入设备、控制器、运算器、存储器、输出设备
存储程序工作方式：编制程序、存储程序、自动连续执行程序、输出结果
计算机分类：

1. 模拟计算机（由模拟运算器构成，处理连续模拟量）、数字计算机（由数字逻辑器件构成，处理离散数字量）
2. 专用机、通用机
3. 巨型机、大型机、小型机、微型机

计算机发展历程

计算机之父——约翰·冯·诺伊曼
电子管-》晶体管-》中小规模集成电路-》大规模集成电路

系统硬件组成

1. CPU：运算器和控制器等组成，运算器由以全加器为核心的ALU构成，是主要执行部件；控制器根据指令、状态和时序信号，通过微命令发生器产生精确的微命令序列，从而协调全机各部件完成指令执行
2. 存储器：存储单元（在存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路，组成一个存储单元）、存储地址、存储容量、内存储器、外存储器
3. I/O设备
4. 总线：数据、地址、控制
5. 接口：连接主机与外设，具有缓冲、转换、连接等功能

典型架构：
南-北桥架构：

1. CPU通过 FSB（前端总线，Front Side Bus） 与北桥相连。
   FSB是CPU与北桥之间传输数据的主要通道，决定CPU访问内存和高速设备的速度。
   在早期系统中，FSB频率直接影响整机性能。

现代CPU已将内存控制器、PCI-E控制器等集成进CPU内部，不再依赖FSB，因此北桥功能逐渐被CPU吸收。

2. 北桥连接高性能设备，包括主存、显卡、输出接口如 HDMI、DVI、VGA 也由北桥支持。通过DMI与南桥通信，替代旧式PCI总线。
3. 南桥连接各种IO设备

多处理器架构：多个CPU通过QPI高速联通，共同访问内存
集群式架构
多处理机系统结构：用多处理器CPU构成，分为紧密偶合型（有全局主存，多CPU+LM组）和松散偶合型（多计算节点，无全局主存）
软件系统：系统程序、应用程序
软件：易于实现各种逻辑和运算功能，但易受到速度指标和软件容量的制约
硬件：可以高速实现逻辑运算功能，但难以实现复杂功能或计算，受到控制复杂性指标制约

计算机性能指标

1. 基本字长：一次数据操作的基本位数
2. 外频：也叫基频，系统时钟频率
3. 主频：外频 * 倍频系数
4. IPS：每秒执行指令数
5. CPI：每条指令所需时钟周期数
6. FLOPS：每秒执行浮点运算次数
7. CPU功耗：CU^2f（负载电容、工作电压、工作频率）
8. 数据传输率：带宽

计算PCI-E总线的带宽时，一般还要考虑到编码方式、单双工模式和通道路数

9. 主存容量：可编址存储单元个数 * 存储单元位宽