文本主要记录了一些关于计算机发展历程、计算机系统层次的笔记。
第一章、计算机系统概述
1.1、计算机发展历程
计算机的四代变化：
- 第一代计算机：电子管时代
- 第二代计算机：晶体管时代
- 第三代计算机：中小规模集成电路时代
- 第四代计算机：超大规模集成电路时代
通用计算机分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机
微型计算机的发展以微处理器技术为标志。
计算机分类（按指令和数据流）：
- 单机令流和单数据流系统（SISD），传统冯·诺依曼体系结构
- 单指令流和多数据流系统（SIMD），包括阵列处理器和向量处理器系统
- 多指令流和单数据流系统（MISD），这种计算机实际不存在
- 多指令流和多数据流系统（MIMD），多处理器和多计算机系统
计算机发展趋势“两极化”：1）更微型化、网络化、高性能、多用途发展。2）更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展。
1.2、计算机系统层次结构
计算机应实现的五大功能：
1.2.1、早期冯·诺依曼机
冯·诺依曼在研究EDVAC机时提出了“储存程序”的概念，“储存程序”的实现奠定了计算机的基本结构。
冯·诺依曼机的五大特点：
- 计算机由五大部件组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
- 指令和数据以同等地位存于存储器，并可按地址访问；指令和数据均用二进制表示。
- 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
- 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行。
- 机器以运算器为中心（原始冯诺依曼机）。
CPU区分指令和数据依据：指令周期的不同阶段。
存储程序：是指将指令以代码的形式事先输入计算机的主存储器。然后按在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他命令，直至程序执行结束。
1.2.2、现代计算机
随着微电子技术（超大规模集成电路、微处理器）的进步，同时计算机需要处理、加工的信息量也与日俱增，大量I/O设备和存储器之间完成，因此以运算器为中心的结构不能满足计算机发展的要求。现代计算机已发展以存储器为中心，使I/O操作尽量绕过CPU，以提高系统整体运行效率。
CPU=运算器+控制器
1.2.3、现代计算机部件
计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。
可以将计算机划分为主机与外设：
（1）输入设备
将程序与数据以机器所能识别和接受的信息形式输入计算机。
（2）输出设备
计算机处理结果转化为人们所能接受的形式。
（3）存储器
存储器分为主存储器（简称主存，也称内存储器）和辅助存储器（简称辅存，也称外存储器）。
CPU能够直接访问的存储器是主存储器。
辅助存储器中的信息必须调入主存后，才能为CPU所访问。
主存由多个存储单元组成，每个存储单元包含若干个存储元件。一个存储元件存储一位二进制代码。存储单元这串代码称为存储字长。
MAR：地址存储器，x位=2^x^个存储单元
MDR：数据存储器，x位=存储位数=存储字长
注：MAR、MDR逻辑上属于主存，物理上属于CPU。
（4）运算器
运算器的核心是算术逻辑单元（Arithmetic and Logical Unit，ALU）。
运算器包含若干寄存器，如累加器(ACC)、乘商寄存器(MQ)、操作数寄存器(X)、变址寄存器(IX)、基地址寄存器(PSW，也称标志寄存器)。
ACC、MQ、X三个寄存器是必须的。
（5）控制器
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）。
CU：控制单元，执行指令。
IR：指令寄存器（分析指令）。
PC：程序计数器（取指令），自动加一。
取指：IR+PC
1.2.4、计算机软件分类
软件按功能分为系统软件和应用软件。
系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。
应用软件是指用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序。
编译、汇编、解释程序统称“翻译程序”。
1.2.5、计算机系统的多层结构
第1级：微程序机器层，硬件层，由机器硬件硬件直接执行微指令。
第2级：传统机器语言层，机器层，由微程序解释机器指令系统。
第3级：操作系统层，操作系统程序实现。由机器指令和广义指令组成，也称混合层。
第4级：汇编语言层，为用户提供一种符号化的语言。
第5级：高级语言层，面向用户。
下层是上层的基础，上层是下层的扩展。
参考文献
[1]兰德尔 E. 布莱恩德等.深入理解计算机系统[M].北京:机械工业出版社，2016
[2]王道论坛.2021计算机组成原理考研指导复习指导[M]北京:电子工业出版社[2020.1]