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计算机基础知识(更新中)
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计算机组成原理-概述

0.导学

  • 计算机发展简史
  • 计算机的分类
  • 计算机的体系结构
  • 计算机的层次与编程语言
  • 计算机的计算单位
  • 计算机的字符与编码集

1.计算机的发展阶段

  • 电子管计算机:1946~1957
  • 晶体管计算机:1957~1964
  • 集成电路计算机:1964~1980
  • 超大规模集成电路计算机:1980~至今
  • 生物计算机:~
  • 量子计算机:~

2.微型计算机的发展

  • 受限于性能:摩尔定律

3.计算机的分类

  • 超级计算机:TFlop/s
  • 大型计算机:去’IOE’行动:I(IBM)、O(Oracle)、E(EMC)
  • 迷你计算机(服务器)
  • 工作站
  • 微型计算机

4.计算机的体系与结构

冯洛伊曼体系:

“将程序指令与数据一起存储的计算机设计概念结构”,==存储程序指令、设计通用电路==

组成:

  • 存储器
  • 控制器
  • 运算器
  • 输入设备
  • 输出设备

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冯洛伊曼瓶颈

CPU和存储器速率之间的问题无法调和,造成CPU经常空转等待数据传输

现代计算机结构

  • 现代计算机在冯洛伊曼体系结构基础上进行修改
  • 解决CPU与储存设备之间的性能差异问题

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存储器:CPU的寄存器+内存

5.计算机的层次与编程语言

程序翻译与程序解释

因为需要进行语言间的转换:人类语言 –> 计算机语言

程序翻译

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程序解释

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两者的区别和联系:

  • 计算机执行的指令都是L0
  • 翻译过程生成新的L0程序,解释过程不产生新的L0程序
  • 解释过程由L0编写的解释器去解释L1程序

程序翻译型语言:

  • C/C++
  • Object-C
  • Golang

程序解释型语言:

  • Python
  • Php
  • Javascript

翻译+解释型语言:

  • Java
    • https://kanghaov-img-1256185664.file.myqcloud.com/2019/10/03/56bf8d8f80c09.jpg
  • C#

计算机的层次与编程语言

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硬件逻辑层

  • 门、触发器等逻辑电路组成
  • 属于电子工程的领域

微程序机器层

  • 编程语言是微指令集
  • 微指令所组成的微程序直接交由硬件执行

传统机器层

  • 编程语言是CPU指令集(机器指令)
  • 编程语言和硬件是直接相关
  • 不同架构的CPU使用不同的CPU指令集

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操作系统层

  • 向上提供了简易的操作界面
  • 向下对接了指令系统,管理硬件资源
  • 操作系统是在软件和硬件之间的适配层

汇编语言层

  • 编程语言是汇编语言
  • 汇编语言可以翻译成可直接执行的机器语言
  • 完成翻译的过程的程序就是汇编器
PUSH DS
PUSH AX
MOV AX,0040
MOV DS,AX

高级语言层

  • 编程语言为广大程序员所接受的高级语言
  • 高级语言的类别非常多,有几百种
  • 常见的高级语言:Python、Java、C/C++、Golang等

应用层

  • 满足计算机针对某种用途而专门设计

6.计算机的计算单位

容量单位

  • 在物理层面,高低电平记录信息
  • 理论上只认0/1两种状态
  • 0/1能够表示的内容太少了,需要更大的容量表示法

0/1称为 bit(比特位)

字节:1 Byte = 8 bits

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1024 = 2^10

速度单位

网络速度

例如:100M带宽,这里的100M并不是指容量,而是100M=100M/s=100Mbps=100Mbit/s=(100/8)MB/s=12.5MB/s

网络常用单位是Mbps

CPU速度
  • CPU的速度一般体现为CPU的时钟频率
  • CPU的时钟频率的单位一般是赫兹(Hz)
  • Hz是秒分之一,它是每秒钟的周期性变动重复次数的计量
  • 并不是描述计算机领域所专有的单位

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7.计算机的字符与编码集

字符编码集的历史

ASCII码
  • 使用7个bits就可以完全表示ASCII码
  • 包含95个可打印字符,33个不可打印字符( 包括控制字符)
Extend ASCII码
  • 使用8个bits
  • 常见数学运算符、带音标的欧洲字符、其他常用符、表格符等
字符编码集的国际化
中文编码集
  • GB2312
  • GBK

  • Unicode:UTF-*实现了编码

Windows系统默认使用GBK编码,推荐使用UTF-8进行编码

计算机组成原理-组成

0.导学

  • 计算机的总线与IO设备:计算机的总线、计算机的输入/输出设备
  • 计算机的存储器:计算机的存储器概览、计算机的高速存储器、计算机的主存储器与辅助存储器
  • 计算机的CPU:计算机的指令系统、计算机的运算器、计算机的控制器、指令执行过程

1.计算机的总线

  • 总线的概述
  • 总线的仲裁

总线的概述

  • USB-(Universal Serial Bus):通用串行总线
    • 提供了对外连接的接口
    • 不同设备可以通过USB接口进行连接
    • 连接的标准,促使外围设备接口的统一
  • PCI总线
  • ISA总线
  • Thunderbolt总线

解决不同设备之间的通信问题

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总线的分类

  • 片内总线
    • 芯片内部的总线
    • 寄存器与寄存器之间
    • 寄存器与控制器、运算器之间
    • https://kanghaov-img-1256185664.file.myqcloud.com/2019/10/04/135d2a1ef4574.jpg

高集成度芯片内部的信息传输线

系统总线

  • 数据总线
  • 地址总线
  • 控制总线

CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线

数据总线
  • 双向传输各个部件的数据信息
  • 数据总线的位数(总线宽度)是数据总线的重要参数

一般与CPU位数相同(32位、64位)

地址总线
  • 指定源数据或目的数据在内存中的地址
  • 地址总线的位数与存储单元有关

地址总线位数=n,寻址范围:0~2^n

控制总线
  • 控制总线是用来发出各种控制信号的传输线
  • 控制信号经由控制总线从一个组件发给另一个组件
  • 控制总线可以监视不同组件之间的状态(就绪/未就绪)

总线的仲裁

解决总线的使用权的冲突问题

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总线的仲裁方法

链式查询

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  • 好处:电路复杂度低,仲裁方式简单
  • 坏处:优先级低的设备难以获得总线的使用权
  • 坏处:对电路故障敏感
计时器定时查询
  • 仲裁控制器对设备编号并使用计数器累计计数
  • 接收到仲裁信号后,往所有设备发出计数值
  • 计数值与设备编号一致则获得总线使用权

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独立请求
  • 每个设备均有总线连接仲裁器
  • 设备可单独向仲裁器发送请求和接收请求
  • 当同时收到多个请求信号,仲裁器有权按优先级分配使用权

2.计算机的输入输出设备

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2019-11-14