chanong 本章的第一个概念是计算机系统（ ）。
计算机系统包括中央处理单元（CPU、
保存程序和数据的存储器以及将芯片转变为实用系统的其他子系统。
这些子系统将使 CPU 和外部设备（例如显示器和打印机）之间的通信更加容易。
计算机的性能既取决于CPU，也取决于CPU。 它还取决于其他子系统。 如果无法有效地进行数据传输，
单纯提高CPU性能是没有意义的。
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电脑是什么
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可编程计算机接收两种类型的输入：它将处理的数据，
以及准确描述如何处理输入数据的过程。
程序只不过是计算机为完成给定任务而执行的一系列操作。
：
计算机从内存中读取指令并执行它们（即完成或执行指令定义的动作）。
执行指令时，可以从内存中读取数据，对其进行操作，然后将其写回内存。
寄存器是CPU内部用来存储数据的存储单元。 时钟提供脉冲流，
所有内部操作均由时钟脉冲触发。时钟频率是决定计算机速度的一个因素
程序执行过程
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CPU首先读取一条指令； CPU分析或解码指令； 并从内存中读取该指令所需的所有数据。
LOAD X：从内存中读取变量X的值。 并暂存在寄存器中 LOAD Y：从内存中读取变量 X 的值。并暂存在寄存器中 Z=X+Y：将两个寄存器的内容相加，并将结果写入第三个寄存器 STORE Z：将结果写回存储单元z
###电脑指令
尽管计算机能够执行数百条不同的指令，但以下六个基本指令对所有计算机指令进行了分类：
1.2 架构与组成
架构：描述计算机的组织方式； 因为不同的用户会以完全不同的方式看待计算机。
登记
用于存储数据或字数据单元的存储单元。用它保存数据的位数来描述
与内存中的字存储单元没有本质区别。 唯一的区别是寄存器更靠近CPU。
存取速度比内存快得多
计算机体系结构通常被认为是从程序员的角度来看的计算机
计算机组成代表了其架构的具体实现
机器码 汇编语言 高级语言
在计算机上执行的代码表示为一串二进制的 1 和 0，称为机器代码。
每种类型的计算机只能执行特定类型的机器代码。
人类可读的机器代码（例如ADD R0、Time）称为汇编语言。
可以在完全不同类型的计算机上运行并且与底层计算机体系结构关系不大的代码称为高级语言
（例如 C 或 Java）。 在执行之前，高级语言程序必须首先编译成计算机的本机机器代码。
架构和构图不能完全分开。例如； 微处理器内的 32 位寄存器可以是
实现方式与16位计算机相同，如使用16位数据总线，以16位为单位传输数据，
功能单元也是16位的。 如果程序员指示计算机将寄存器A中的32位数据复制到寄存器B中，
他将执行一次 32 位运算，但一台 16 位计算机将执行两次 16 位运算，
这对于程序员来说是完全不可见的。
按照这个例子，我们可以说计算机的体系结构是32位的，但其组成是16位的。
指令集架构包括：数据类型（每个字的位数以及每个位的含义），
用于保存临时结果、指令类型和格式以及寻址模式的寄存器
（表示数据在内存中位置的方法）。
不同级别的程序员对计算机的看法是不同的。 汇编语言程序员看到的计算机是 C 或 Java
高级语言程序员看到了很大的差异。
即使他们是高级语言程序员，C 程序员所看到的与 LISP 程序员所看到的也有很大不同。
() 与微处理器无关。 微代码定义了一组基本操作（微指令），
通过执行这些操作，可以解释和执行机器代码。 ADD P,Q,R是典型的机器指令，
微指令可能就像“将数据从寄存器 X 移动到总线 Y”一样简单。
如何定义微指令是芯片设计者的责任。
术语“()”代表计算机的抽象指令集架构（其指令集），术语“()”代表计算机的实际硬件实现
术语“()”代表 CPU 1.2.1 计算机系统和技术的实现
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最先进的计算机采用最新的制造技术。
：
设备技术：决定计算机的速度及其存储系统的容量，
包括用于制造处理器和主存储器的半导体技术； 用于制造硬盘的磁性技术；
CD-ROM、DVD 和蓝光光盘的光学技术； 和网络连接技术。 总线技术：结构、组成和控制都对计算机性能有很大影响。 外围设备（如调制解调器、键盘、打印机和显示系统）和应用程序（如桌面出版、图形和多媒体）等技术，
会影响计算机系统的设计。 1.2.2 计算机体系结构在计算机科学中的作用 计算机和计算机科学是不可分割的。 计算机体系结构课程将概述计算机如何工作、计算机可以做什么，并告诉学生典型的存储程序计算机如何运行。 的。 计算机是计算机科学的心脏——没有计算机，计算机科学只能作为理论数学的一个分支。 了解计算机体系结构对于从事计算机领域的工作有很大的帮助。 计算机体系结构不能完全脱离软件。 计算机体系结构支撑着计算机科学课程其他领域的许多重要思想。
钟
时钟用于以规则的间隔生成连续的电脉冲流。
之所以称为时钟，是因为这些电脉冲可用于对计算机内的所有事件进行计时或排序。
时钟可以通过其重复率或频率来定义。
时钟还可以通过时钟脉冲的宽度或持续时间来定义，它是频率的倒数
其事件由时钟信号触发的数字电路被称为同步的，因为它们是由时钟信号同步的。
1.3 计算机开发
计算机的历史丰富而复杂，其历史比许多人想象的要久远。
1.3.1 机械计算机
人类是精于算计的生物。
也许穴居人发明数学不是为了在潮湿寒冷的天气里玩数独，而是为了测量土地、建造房屋和报税。
罗马人将鹅卵石放在小托盘上来表示数字。 随后，他们通过沿着一条线滑动鹅卵石来辅助加法或减法来完成计算。
中亚的商店里，人们使用算盘进行快速计算。
这些设备都不能称为现代意义上的计算机，因为它们不可编程。
可编程性的概念起源于工业革命期间出于工业控制的需要。
1.3.2 机电计算机
机电 ( ) 是指具有运动部件但由电气控制的部件。
1.3.3 早期电子计算机 1.3.4 微型计算机和 PC 革命
到了 20 世纪 70 年代，英特尔和摩托罗拉都发布了 8 位微处理器。
第一台可用的微型计算机 8800 于 1975 年由 MITS 推向市场。
基于英特尔技术和微软操作系统软件，IBM于20世纪80年代推出了个人电脑（PC）。
由于其开放式架构，PC 已受到第三方软件和硬件开发商的欢迎。
Intel 扩展了 8080 微处理器，包括 16 位 80286 (1982) 和 32 位 80386 (1985)，
一种具有 64 位数据总线（1990 年）。
1.3.5 摩尔定律及其进步过程
“摩尔定律”一词是卡弗·米德 ( Mead) 在 1975 年根据戈登·摩尔 ( Moore) 提出的 ()
它是通过观察集成电路的集成密度每两年翻一番而创建的。
摩尔定律当然是一个经验观察，但在过去的40年里，
技术的进步确实导致芯片上晶体管的数量呈指数级增长。 这种增长伴随着集成电路速度的相应提高。
集成电路内晶体管数量的增加也导致架构复杂性急剧增加，并出现了一些极其巧妙的提高性能的方法。
RISC（精简指令集）和CISC（复杂指令集）
1.3.6 存储技术发展 覆有电容器的转鼓 阴极射线管 铁氧体磁芯存储器 磁盘光存储器 1.3.7 普适计算
计算无处不在。
1.3.8 多媒体计算机
多媒体处理能力是现代计算机（包括普遍存在的和传统的个人计算机）的一个重要特征。
多媒体处理（处理和存储音频/视频数据）需要大的存储容量和大量的简单
实时重复操作声音样本和图像像素的能力。
1.4 存储程序计算机 1.4.1 问题
：
求最大游程长度，即相同数字连续出现的最大次数
1.4.2 解决问题
如果我们从字符串的左侧开始一一检查数字，在任何位置我们都会得到以下两个结果之一：
：
1.4.3 构建算法
一些算法符号
算法
1.4.4 计算机需要什么来解决问题？
虽然这个问题比较简单，但是它包含了解决任何问题所需的所有要素
：
1.4.5 内存
下图描述了程序如何找到存储在假设内存中的字符串的最大序列长度。
必须强调的是，这个程序是概念性的而不是实用性的，因为真正的计算机指令比这更基础。
该图称为内存映射，它显示了信息在内存中存储的位置。
它是内存的快照，因为它代表了特定时刻内存的状态。
内存映射还包含程序使用的变量和数字字符串。
存储程序计算机将指令、变量和常量全部存储在同一存储器中。
：
寄存器传输语言（RTL）：描述性语言，无法执行
RTL符号说明
存储系统
1.5 存储程序概念
存储程序计算机的基本操作
执行指令
在这台机器上执行一条指令至少需要两次内存读取。
三地址指令
存储程序计算机的直观合理的指令格式可以表示为以下形式
, ,
：
指令、cpu、内存和指令执行模式4个字段的关系：执行指令解释
：
两条地址指令
命令格式如下
,
在实际计算机中，一般不允许在同一条指令中使用两个存储地址；
大多数计算机指定一个地址是内存地址，另一个地址是寄存器。
单地址指令
命令格式如下
该指令仅提供一个操作数地址，但需要至少两个地址。 处理器必须使用不需要显式地址的第二个操作数。
换句话说，第二个操作数来自CPU中一个名为()的寄存器。
操作的结果保存在寄存器中，直到另一条指令将其移入内存。
：
计算机分类内存-内存类型：一条指令可以从内存中读取源操作数并完成对数据的操作。
并将结果保存在内存中 寄存器 – 内存类型：它们能够处理两个数据，
其中一个在内存中，另一个在寄存器中（结果要么写回内存，要么写回寄存器）。 ——寄存器类型：计算机只能对寄存器的内容进行操作；
1.6 计算机系统概述
CPU成为计算机系统的存储系统和总线系统。 内存被视为通过地址访问的巨大数组。
例如，如果用一个数组M来表示内存，那么它的第i个元素可以表示为M[i]；
内存非常重要，因为它的大小（即存储容量）决定了程序可以存储的数据量，
它的速度（访问时间）决定了程序的数据处理速率。
程序规模不断增大，程序使用的数据总量增长得更快。
计算机技术日新月异，但存储技术在某些方面却严重滞后。
处理器速度的增长速度远远超过了内存的速度。
1.6.1 存储层次结构
随着 CPU 和内存的性能差距不断拉大，设计人员正在尝试
从内存中检索以消除相对较慢的内存的影响以隐藏延迟（也称为延迟）
上图显示了经典的存储层次结构图，显示了计算机中存储组件的类型和速度（访问时间）。
以及它们在 PC 中的典型容量。
寄存器：存储处理器的工作数据缓存：高速存储器，缓存常用数据
DRAM（动态随机存取存储器）：存储工作数据块，硬盘存储程序和数据。 1.6.2 总线
总线将计算机的两个或多个功能单元连接在一起，并允许它们相互交换数据；
总线还将计算机和外围设备连接在一起
没有巴士
有公共巴士情况
巴士相关术语
宽度：通常是使用的并行数据路径的数量
带宽：总线上信息传输速率的度量延迟：数据传输请求与实际数据传输之间的时间
多总线系统：包括片内总线、功能单元（如CPU、内存）之间的总线以及总线之间的总线。
：
多辆公交车可以同时运行。 公交车可能具有完全不同的特性和运行速度。
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