计算机组成原理
1 计算机发展简史
计算机发展的四个阶段
- 1946-1957：电子管计算机
- 二战中英国为破解德国密文设计的
- ENIAC：战争中计算导弹参数；大且操作复杂
- 1957-1964：晶体管计算机
- 贝尔实验室发明晶体管
- MIT：TX-0；PDP-1，配备512*512显示器
- 集成度高；空间占用小；功耗低
- 1964-1980：集成电路计算机
- 德州仪器发明集成电路
- 降低尺寸和功耗
- IBM：system360，操作系统雏形
- 1980-now：超大规模集成电路计算机
- 芯片中集成了百万级别的晶体管
微型计算机的发展历史
- 2000左右，出现了高于1GHz的CPU，字长32位
- 单核CPU越来越复杂，不再遵循摩尔定律，出现多核CPU
计算机分类
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超级计算机
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衡量单位 1 TFlops/s = 每秒一万次浮点运算
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世界第一：IBM summit 200795 TFlop/s；中国第一：神威太湖之光125436 TFlops/s
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大型计算机
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阿里2008年提出 去 IOE 行动：（IBM系统、Oracle数据库、EMC存储）
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小型计算机
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普通服务器，已经构成了大规模企业计算的中枢
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工作站
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微型计算机
计算机体系结构
- 冯诺依曼体系
- 早期计算机仅包含固定程序 -> 改变程序意味着重新设计专有电路 -> 设计出通用电路、将程序存储起来
- 创造通用的指令集结构，将运算转换为指令
- 将程序指令和数据一起存储
- 组件：
- 存储器、控制器、运算器、输出输出设备
- 现代计算机都是冯诺依曼体系
- CPU = 控制器 + 运算器
- 早期冯诺依曼结构：存储器和CPU分开 -> CPU快 存储器慢 -> CPU空转等待存储器 -> 冯诺依曼瓶颈
- 现代计算机结构
- 在冯诺依曼结构上改进，将存储器包括进CPU
- 现代CPU以存储器为核心
- CPU类型简单区分
- x86 / x64：基于架构的复杂指令集，二者CPU位数不同
- x86 = x86_32 （32位）; x64 = x86_64 （64位）
- x64 / amd64：都是64位处理器，二者公司不同
- x64：Intel公司
- amd64：amd公司
- 对于安装程序而言，二者一样
- ARM架构
- x86架构主要用于PC；ARM架构主要用于手机和pad
- arm架构32位：arm v7；arm架构64位：arm64
计算机层次与编程语言
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程序翻译和程序解释
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翻译是将高级语言通过编译器转化为为机器语言；解释是将高级语言解释为低级语言
- 程序翻译：C/C++、Golang；程序解释：python，Php，JavaScript；
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翻译+解析：Java（Java代码 --编译--> JVM字节码 --解释--> 机器码）
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层次
硬件逻辑层 - 微程序机器层 - 传统机器层 - 操作系统层 - 汇编语言层 - 高级语言层 - 应用层
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硬件逻辑层：
门电路、逻辑电路
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微程序层：
微指令集 - 微程序 - 硬件执行
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传统机器层
CPU指令集（机器指令）- 微程序解析
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操作系统层
- 向上提供建议操作界面；向下对接了指令系统，管理硬件资源；软件和硬件之间的适配层
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汇编语言层