计算机系统概论的 论文
计算机系统概论
主要内容:
计算机的设计思想(存储程序与程序控制)
计算机的硬件组成
计算机的层次结构(在不同人眼中的计算机)
计算机的工作过程
一,什么是计算机
计算机不同于一般的电子设备,它是由硬件,软件组成的复杂的自动化设备,是能够自动,高速,准确地对信息进行加工,处理,存储的电子设备.
计算机与一般的电子设备的最大区别:不仅有硬件,同时还有软件.
二,计算机的分类
计算机从总体上分为:
模拟计算机
数字计算机 (电脑)
计算机从用途上分为:
专用机
通用机
数字计算机按性能进一步分为:
巨型机,大型机,中型机,小型机,微型机,单片机.
主要区别在于体积,功耗,性能指标,存储容量,指令系统,机器价格.
不同数字计算机的差别
三,计算机的应用
科学计算
自动控制
测量与测试
信息处理
教育和卫生
家用电器
人工智能
四,计算机的设计思想
计算机如此神奇,那它到底是如何工作的 又是怎么构成的
世界上第一台电子数字计算机是1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生的ENIAC.
世界上第一台计算机ENIAC
ENIAC的特点:
采用十进制
20 个10位的累加器
用开关手动编程
18,000个电子管
重30 吨
占地170平方米
耗电140 KW
5,000次/秒加法运算
在今天看来,ENIAC并不完善,但它的诞生是具有里程碑意义的.
冯·诺依曼型计算机
在研制ENIAC的同时,以美籍匈牙利数学家冯·诺依曼为首的研制小组提出了"存储程序,程序控制"的计算机设计思想,体现该设计思想的计算机EDVAC在1951年问世.
冯·诺依曼的存储程序控制概念概括起来为:
计算机硬件应由运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备五大基本部件组成.
计算机内部采用二进制来表示指令和数据.
将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后启动计算机工作.这一点最为重要,即存储程序控制的思想.
目前绝大多数计算机仍然建立在存储程序,程序控制概念的基础上,称为冯·诺依曼型计算机.
五,信息的数字化表示
数字代码可以表示信息
用数字代码表示数值型数据
用数字代码表示指令
用数字代码表示图像
数字信号可以表示数字代码
电平的高低 :高表示1,低表示0
脉冲的有无 :有表示1,无表示0
——信息可以数字化表示,可以用1,0表示
六,存储程序的工作方式
根据求解问题事先编制程序
将程序存入计算机中
启动计算机自动执行程序
——体现了用计算机求解问题的过程
七,计算机的硬件组成
存储器
运算器
控制器
主存储器
输入设备
输出设备
辅助存储器
CPU
控制
数据
地址/指令
主机
外设
1,运算器
运算器的功能是执行算术运算,逻辑运算以及数据转换.
通常采用二进制数进行运算,1和0可以用电压的高和低,脉冲的有和无来表示 .
二进制数的运算规则简单,容易用电子线路来实现,可靠性高.
2,控制器
控制器的作用是协调计算机各部件自动地进行工作.具体讲,从内存中取出解题步骤(指令),加以分析后执行某种操作.
指令的作用是告诉控制器做什么操作,数从哪里来,结果到哪里去.指令由两大部分构成:
指令用二进制表示,并预先存放在存储器中,称为存储程序.
控制器依据存储的程序来控制计算机完成计算任务,称为程序控制.
存储程序,程序控制是冯·诺依曼型计算机的重要设计思想.
操作码
地址码
3,存储器
存储器的功能是用来存放程序和数据.
存储器由半导体器件构成,一个触发器表示1位二进制,16位需要16个触发器.
保存一个数的所有触发器合起来称为一个存储单元 .每个单元都有编号,这个编号叫地址.
存储器的所有存储单元的总数称为存储容量,一般用KB,MB,GB表示.存储容量越大,表示能记忆的信息越多.
4,输入设备
输入设备的任务是把编好的程序和原始数据送到计算机中去,并把它们转换成计算机能识别,能接受的信息形式 .
输入设备的种类非常多,比如鼠标,键盘,扫描仪等是输入设备.
5,输出设备
输出设备的任务是把计算机的处理结果以人或者其它设备能接受的形式送出计算机 .
输出设备的种类也非常多,比如显示器,打印机等是输出设备.
CPU,主机,外设
中央处理器CPU:
CPU = 运算器 + 控制器
计算机主机:
主机 = 中央处理器 + 主存储器
外部设备:
主机以外的硬件装置
八,计算机总线结构
总线是一组能够为多个功能部件分时共享的信息传输的公共通路,是构成计算机系统的互连机构
总线的特点:分时,共享
单总线是总线结构中的一种,单总线并不是一根信号线,内含地址总线,数据总线,控制总线.
系统总线
接口
接口
外设
外设
…
CPU
主存储器
九,计算机的软件
软件分为两大类:
系统软件
应用软件.
系统软件分为四类:
服务性程序
语言类程序
操作系统
数据库管理系统
应用软件举例:
工程设计程序
数据处理程序
自动控制程序
企业管理程序
情报检索程序
科学计算程序等.
软件的发展
机器语言
汇编语言
算法语言
操作系统
数据库管理系统
汇编程序
这算什么,
我来翻译
解释程序/编译程序
这也没什么,我
们来解释/翻译
100101110
001100101
110000110
……
十,计算机系统的层次结构
计算机不能简单地认为是一种电子设备,它是一个十分复杂的由硬件,软件结合而成的整体.
在不同的观测者面前,计算机是一个不完全一样的电子设备.
一般用户观察到的计算机
专业用户观察到的计算机
计算机设计者观察到的计算机
计算机的层次结构
计算机通常被认为由6个不同的级组成:
第六级
应用语言级
第五级
高级语言级
第四级
汇编语言级
第三级
操作系统级
第二级
一般机器级
第一级
微程序级
为满足某种用途而专门设计,其语言是各种面向问题的应用语言.用户看到的是能解决某些专门问题的智能机器.
高级语言级是为方便用户编写应用程序而设置的,由各种高级语言编译程序支持,面向程序员.
提供一种符号语言即汇编语言,以减少程序编写复杂性,并由汇编程序翻译成机器语言,这一级由汇编程序支持.
由操作系统实现.它要直接管理传统机器的软硬件资源,是传统机器的延伸;同时要对整个系统的任务进行调度.
机器语言是该机的指令集,机器语言程序可由微程序解释,即由微程序解释机器指令系统.这一级是软硬件的分界面.
微指令编写的微程序直接由硬件执行,微程序被固化于只读存储器ROM中,常称为"固件".1,2级面向机器设计者
虚拟机
物理机
软件和硬件的逻辑等价性
硬件是计算机系统存在的基础,软件则是计算机系统运行的灵活.
任何操作既可以由硬件来实现,又可以由软件实现;任何指令的执行可由软件来完成,也可以由硬件来完成.这就是软件和硬件的逻辑等价性.
第一级和第二级的边界正在向第三级乃至更高级扩展.软件有固化的趋势,固化了的程序称为固件.
计算机执行程序的过程
将编制好的程序放在主存中,由控制器控制逐条取出指令执行.以单累加寄存器结构的运算器为例,计算a+b-c=
计算机的技术指标
机器字长:能直接处理的二进制信息的位数.字长标志着精度,字长越长,精度越高.
主 频:CPU的时钟频率.一般情况下,时钟频率越高,运算速度越快.
总线宽度:数据总线一次能并行传输信息的位数.一般指外部数据总线的宽度.
存储容量:系统能存储的二进制字的总数,单位:KB,MB,GB,TB,PB.
运算速度:每秒能执行多少条指令,以百万条指令/每秒为单位.
十一,计算机的过去和未来
世界上第一台电子数字计算机是1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生的ENIAC.从今天的眼光来看,这台计算机功耗大又不完善,但却是科学史上一次划时代的创新,它奠定了电子计算机的基础.自从这台计算机问世以来,计算机大致经历了五个阶段的变化.
计算机的过去
第一代:1946年开始的电子管计算机.
第二代:1958年开始的晶体管计算机.
第三代:1965年开始的中小规模集成电路计算机.
第四代:1971开始大规模和超大规模集成电路计算机.
第五代:1986年开始的巨大规模集成电路计算机.
从1946年计算机诞生以来,大约每五年运算速度提高10倍,可靠性提高10倍,成本降低10倍,体积缩小10倍.60年来计算机的发展过程,是在冯·诺依曼型计算机结构的基础上,紧紧围绕如何提高速度,扩大存储容量,降低成本,提高系统可靠性和使用的方便性为目的,不断采用新器件和研制新软件的过程.
计算机的未来
微型计算机将向更微型化,网络化,高性能,多用途的方向发展."小的更小".
巨型计算机向更巨型化,超高速,并行处理,智能化的方向发展."大的更大".
进入以通讯为中心的体系结构,计算机就是网络.
求一个计算机系统结构相关论文
英特尔公司于6月21日至25日期间在北京举行的国际计算机系统结构学术会议(ISCA)上提交了三篇技术论文，并参与和领导了16个专题研讨会。
英特尔高级院士、副总裁兼首席技术官贾斯汀先生(Justin Rattner)在本届ISCA大会上进行了主题演讲。他强调架构师更需要了解最终用户期待的平台性能，在关注微处理器性能提升的同时应该更加注重整体系统。其主要机会在于通过缩小CPU和IO性能之间的差距、提高电池寿命、快速为客户提供新功能以及增强可视体验来提供更好的客户体验。
目标系统级架构因而可以提供如下功能：
· 融合的平台电源管理：通过创建确定和有限度的电源管理机会来积极地管理所有平台组件的闲置能耗。经过这样的改变，当前平台的能耗可以降低50%以上。
· 可重新配置的架构：研究探讨了在CPU售出后快速集成功能的能力。高灵活性和更快速的上市时间让需要特定功能的客户不必再等待新款芯片上市。
· 内存层次结构修改：新型内存和更高水平的缓存，加上源于3D堆栈和多芯片封包等更新封包技术。这能够缩小处理器和硬盘性能的提升(造成更快速的平台升级)与用户期望的总体性能之间的差距。
· 可视体验及其他：提供能够智能化执行各种应用的架构，包括图片处理、高性能计算、物理、金融等领域的应用。
论文简介
芯片多处理器上的原子向量操作
本论文展示了首个新的架构扩展方案(包括两个新的IA指令)，可以通过更好地利用并行处理提高性能。另外，新方法扩展了SIMD(单指令多数据)来支持“原子操作”，后者是指令序列，其行为类似单个操作，在很多新应用软件中很常见。虽然这些操作带来了并行化挑战，但本论文提出的创新方案可以为典型的未来工作负载带来高达54% 的性能提升。
缓存容量换可靠性，实现低电压操作
本论文提出了一种为处理器缓存实现低电压、低功率操作的新方案。所有芯片在操作电压上都有最低限制(通常称作Vccmin)，低于此电压时电路的可靠性无法保证。在新方案下，当降低缓存电压且内存单元出现错误时，它们将单独关闭，而设备整体继续工作。论文提出了两种方案，都允许超低功率操作(小于0.5伏)，同时保持50%-70%的缓存继续工作。当电压上升到正常水平时，全部功能将恢复正常。这种技术可以为未来的计算机、服务器和移动设备实现新的低功率模式。
面向指令细度计划监控的灵活硬件加速
系统设计人员传统上专注于性能的最大化，而最近开始关注如何将功率最小化。但从用户的角度来看，如果软件出现问题，快速或高能效没有任何意义。本论文中提及的新方法可以让工具在指令一级监控操作是否正确，这是可能的最精细水准。通常，高性能会消耗大量资源而造成这种方法代价过高，但模拟显示这个方法可以把现有的资源消耗降低33%-50%，而且灵活性更高。
典型的计算机网络体系结构有哪些
OSI七层模型、TCP／IP四层模型、五层体系结构一、OSI七层模型OSI七层协议模型主要是：应用层（Application）、表示层（Presentation）、会话层（Session）、传输层（Transport）、网络层（Network）、数据链路层（DataLink）、物理层（Physical）。二、TCP／IP四层模型TCP／IP是一个四层的体系结构，主要包括：应用层、运输层、网际层和网络接口层。从实质上讲，只有上边三层，网络接口层没有什么具体的内容。三、五层体系结构五层体系结构包括：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。五层协议只是OSI和TCP／IP的综合，实际应用还是TCP／IP的四层结构。为了方便可以把下两层称为网络接口层。扩展资料：世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）。凡是遵循SNA的设备就称为SNA设备。这些SNA设备可以很方便地进行互连。此后，很多公司也纷纷建立自己的网络体系结构，这些体系结构大同小异，都采用了层次技术。
