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Computer architecture refers to those attributes of a system visible to a programmer, or put another way, those attributes that have a direct impact on the logical execution of a program.

计算机体系结构是指程序员可见的系统属性，或者换句话说，那些对程序的逻辑执行有直接影响的属性。

Examples of architectural attributes include:

The instruction set

  1. The number of bits used to represent various data types.(e.g., numbers, characters)

  2. I/O mechanisms

  3. Techniques for addressing memory

Computer organization refers to the operational units and their interconnections that realize the architectural specifications.

计算机组成是指实现架构规范的操作单元及其互连。

Organizational attributes include those hardware details transparent to the programmer, such as

  1. control signals

  2. interfaces between the computer and peripherals

  3. the memory technology used

Ch1

Summary

计算机类型：

  • 嵌入式计算机
  • 个人计算机
  • 服务器或者企业系统
  • 超级计算机

五大功能部件：

  • 输入单元
  • 输出单元
  • 存储器
  • 算术逻辑单元
  • 控制单元

计算机发展历史：

  • 第一代：真空管
  • 第二代：晶体管
  • 第三代：集成电路
  • 第四代：大规模集成电路或者超大规模集成电路

计算机类型（Computer Types）

  1. Embedded computers（嵌入式计算机）

  2. Personal computers

  3. Server & Enterprise systems

  4. Supercomputers & Grid computers

  5. Cloud Computing

功能单位（Functional Units）

基本功能

  1. 数据处理：数据是指任何数字信息，包括机器指令，数字和字符。
  2. 数据存储
  3. 数据移动
  4. 控制

基本功能单位（Basic Functional Units of a Computer）

  1. Input Unit: Make computer accept coded information

  2. Output Unit: Send processed results to the outside world

  3. Memory: Store programs and data

    分为 Primary Storage (main memory)、Cache Memory 和 Secondary Storage

    Primary Storage(main memory): Store programs when they are being executed.

    Cache Memory:

    • A smaller, faster RAM unit.
    • Hold sections of a program that are currently being executed.
    • Initially, the cache is empty. As execution proceeds, instructions and the required data are copied to the cache. 最初是空的，随着程序的不断执行，指令和所需要的数据不断被复制到 Cache 中。

    Secondary Storage:

    • Store many programs and large amounts of data, particularly for information that is accessed infrequently. 存储大量的数据和程序，特别是那些不是经常被访问的信息。

  4. Arithmetic and Logic Unit (ALU)：Execute arithmetic or logic operations. 大部分计算机操作由 ALU 完成。

    一般流程如下：将操作数载入到 memory 中，然后将题目载入到处理器中，在 ALU 中执行算术逻辑操作，然后将计算结果返回到 memory 中或者暂时保留在处理器中。

  5. Control Unit: Coordinate operations of the other units、Send control signals to other units and sense their states。

    • 协调其他单元的操作
    • 发送控制信号，并且感知确认他们的状态。

12 合称为 I/O Unit，45 合称为 Processor。

计算机的操作：计算机通过输入单元以程序和数据的形式接收信息并将其存储在内存中。然后存储在内存中的信息在程序控制下被提取到算术和逻辑单元中进行处理。处理后的信息通过输出单元离开计算机。并且计算机的所有活动都是由控制单元指导的。

基本概念操作（Basic Operational Concepts）

程序执行

  1. 执行的是程序中指定的指令。

处理器一次从内存中读取 （获取） 一条指令，并执行每条指令。程序执行包括重复指令获取和指令执行的过程。

两个重要的寄存器：

PC：指向要执行的下一条指令

IR：保存当前正在执行的指令

一些常见指令的结果：

Example: Load R2, LOC
/*
从存储器中提取指令，载入到处理器寄存器中
将存储于LOC存储单元的操作数载入到R2中
*/

Store R4, LOC
/*
将R4寄存器中的操作数复制到LOC存储单元中
*/

Add R4, R2, R3
/*
将R2寄存器和R3寄存器中的内容进行相加
将和存储到R4中
*/

  1. 中断

中断是 I/O 设备向处理器发出的服务请求。

性能（Performance）

最重要的衡量指标：执行程序的速度。

一般受：指令集、硬件和软件设计的影响。

  • VLSI 技术：Smaller transistors switch faster

  • 并行度：并行执行多个操作（Parallelism: performing a number of operations in parallel）

    包括指令级并行（流水线），多核处理器，多处理器，多计算机。

发展历史

看书合适。

练习

Which of the following is an example of both input and output device?

A. Touchpad B. Display C. Printer D. Keyboard

答案：A

List the names of five functional units of a computer.

Arithmetic and logic unit, control unit, memory, input unit, output unit

Which technology marked the start of the first/second/third generation of electronic digital computers?

A. integrated-circuit B. VLSI C. transistor D. vacuum tube

答案：DCA。