标签：计算机组成原理 戴志涛第七版 期末复习 计算机系统概述 计组
简介：戴志涛、白中英《计算机组成原理（第七版）》第一章笔记，适合课前预习、期末突击，包含计算机分类、发展简史、硬件软件、性能指标、冯诺依曼体系。

前言

本篇笔记参考教材：计算机组成原理（第七版），戴志涛、白中英主编
第一章为整本书基础，考试常考选择、填空、简答题，重点掌握冯·诺依曼体系结构、计算机硬件五大部件、性能指标、系统层次结构。

1.1 计算机的分类

1. 按使用范围：通用计算机、专用计算机

• 通用计算机：适应性强，PC、服务器，可跑多种程序。

• 专用计算机：为特定场景设计，如导弹控制、工业控制器，效率高，功能固定。

2. 按规模/性能划分：超级计算机、大型机、小型机、微型机（PC）、嵌入式计算机。

• 嵌入式计算机：手机、智能家电，嵌入到设备内部，应用极广。

1.2 计算机的发展简史

1.2.1 计算机五代变化（按电子器件划分）

1. 第一代：电子管计算机

2. 第二代：晶体管计算机

3. 第三代：中小规模集成电路

4. 第四代：大规模/超大规模集成电路（当前PC属于这一代）

5. 第五代：新一代智能计算机（并行、人工智能方向）

1.2.2 半导体存储器的发展

从磁芯存储器逐步过渡到半导体存储器，容量变大、速度提升、价格下降。

1.2.3 微处理器的发展

微处理器就是CPU，集成在一块芯片上。摩尔定律：集成电路上晶体管数量大约每18个月翻一番，性能提升。

1.2.4 国产处理器技术发展历程

国产CPU：龙芯、申威、飞腾、鲲鹏等，实现自主可控，服务器、工控、桌面端逐步落地。

1.3 计算机的硬件组成要素

五大硬件部件（必考）：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备
CPU = 运算器 + 控制器

1. 运算器：完成算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非）。核心部件ALU算术逻辑单元。

2. 存储器：存放程序和数据。分为主存（内存）、辅存（硬盘、U盘）。主存速度快，断电丢失。

3. 控制器：指挥中心，从内存取指令、分析指令、发出控制信号，控制所有部件协同工作。

4. 输入设备：把外部信息送入计算机。例：键盘、鼠标、扫描仪。

5. 输出设备：把计算机处理结果输出。例：显示器、打印机。

适配器（I/O接口）：连接主机和外部I/O设备，做信号转换、速度匹配。

1.4 计算机的软件

1.4.1 软件的组成与分类

软件分为两大类：系统软件 和 应用软件

1. 系统软件：管理计算机底层资源，支撑硬件运行。操作系统OS、编译程序、汇编程序、数据库管理系统。

2. 应用软件：面向用户业务。微信、Office、游戏、各类专业工具。

1.4.2 软件的发展演变

从机器语言 → 汇编语言 → 高级语言；从单道程序到多道程序、分时操作系统。

1.5 计算机系统性能评价

1.5.1 性能指标（高频考点）

1. 机器字长：CPU一次能处理的二进制数据位数（如32位、64位），影响运算精度。

2. 存储容量：主存容量，单位MB、GB。

3. 运算速度

• 主频（时钟频率）：单位GHz，时钟周期的倒数。主频越高，理论速度越快。

• MIPS：每秒百万条指令。

• MFLOPS：每秒百万次浮点运算。

1.5.2 测试基准（基准程序Benchmark）

使用标准测试程序，综合评估整机性能，避免单一指标带来片面判断。

1.6 计算机系统的层次结构

1.6.1 冯·诺依曼体系结构【简答必考！】

核心特点：

1. 存储程序：程序和数据预先存入存储器。

2. 指令和数据都用二进制表示。

3. 指令由操作码+地址码组成。

4. 指令顺序存放，自动顺序执行，可分支跳转。

5. 五大硬件部件：运算器、控制器、存储器、输入、输出。

核心思想：存储程序原理

1.6.2 哈佛结构与改进哈佛结构

• 冯诺依曼：指令、数据共用同一个存储器、同一套总线。

• 哈佛结构：指令存储器、数据存储器相互独立，两套总线，可以同时取指令和读数据，速度更快，常用于DSP、单片机。

1.6.3 非诺依曼化

打破指令串行执行，如数据流计算机，并行计算体系。

1.6.4 多级组成的计算机系统

分层：硬件层 → 微程序层 → 机器语言层 → 汇编语言层 → 高级语言层。上层依赖下层。

1.6.5 软件与硬件的逻辑等价性

任何由软件实现的操作，理论上可以用硬件实现；硬件实现的操作，也可以用软件模拟。
硬件：速度快，成本高；软件：灵活，速度慢。是取舍权衡。

1.6.6 计算机系统结构、计算机组成、计算机实现

• 系统结构：程序员看到的系统属性（指令集、寻址方式）

• 计算机组成：系统结构的逻辑实现，如数据通路、控制单元

• 计算机实现：物理硬件制造，芯片、电路板工艺

本章小结

1. 计算机硬件五大部件，CPU=运算器+控制器。

2. 冯诺依曼核心：存储程序。区分冯诺依曼结构 vs 哈佛结构。

3. 软件分为系统软件和应用软件。

4. 性能指标：字长、主频、存储容量、MIPS。

5. 软硬件逻辑等价性是简答题常考点。