读书频道 > 网站 > 网页设计 > 计算机系统:核心概念及软硬件实现(原书第4版)
1.2 硬件
15-08-25    下载编辑
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本书基于虚构的计算机Pep 8,清晰、详细、循序渐进地介绍了计算机组成、汇编语言和计算机体系结构中的核心思想,围绕7个抽象层次组织内容,详细介绍了计算机系统的应用层、高级语言层、汇编层、操作系统层、指令立即去当当网订购
我们构建计算机是为了解决问题。早期的计算机主要解决数学和工程问题,后来的计算机强调商业应用的信息处理,今天,计算机也控制各种诸如汽车发动机、机器人和微波炉之类的机器。计算机系统通过接收输入、处理输入并生成输出来解决这些领域的问题。图1-8说明了计算机系统的功能。


 
计算机系统由硬件和软件组成。硬件(hardware)是系统的物理组成部分,一旦设计好,更改它会很困难且昂贵。软件(software)是一组程序,它指示硬件进行工作,比硬件容易修改。与只能解决一种问题的专用机器相比,计算机的价值在于它是可以解决许多不同问题的通用机器。通过给系统提供不同的指示,即不同的软件,用相同的硬件可以解决不同的问题。
 
每台计算机有4个基本的硬件组件:
 
输入设备。
 
输出设备。
 
主存储器。
 
中央处理单元(CPU)。
 
图1-9以框图的形式展示了这些组件。方框之间的线代表信息流。总线是一组连接组件的线路,信息通过总线(bus)从一个组件流向另一个组件。处理过程是在CPU和主存储器(简称主存)中进行的。图1-9中的各个组件通过总线互连的结构是常见的,但是也有其他可能的结构。


 
通常根据计算机硬件的相对物理大小对其进行分类:
 
小个人计算机。
 
中工作站。
 
大大型主机。
 
对于大型主机,仅仅CPU就能占据一个整个的机柜,它的输入/输出(I/O)设备和存储器可能会填满一个房间。个人计算机可以小到放在桌子上或者公文包里。随着技术的发展,过去可能只能在大型计算机上做的处理变得可能在更小的计算机上进行了。现在,个人计算机可以做很多过去只有工作站或大型主机才能做的工作。
 
上述分类是基于计算机的物理大小,而不是存储器大小。计算机系统用户通常更关心存储器的大小,因为它是一个更直观的指标,指明硬件可以执行的有效工作量。计算速率是另一个对用户来说很重要的特性。一般来说,用户希望他的计算机CPU运算速率快并且存储容量大,而输入/输出设备和主存占用的物理空间又要小。
 
因此,当计算机科学家研究问题时,他们关心的是空间和时间—计算机系统内存储问题所需的空间和解决问题所需的时间。他们通常用如图1-10a所示的公制前缀来表示空间或时间的大小数量。
 
 
 
例1.1在图1-9中,假设通过总线从一个组件传送一些信息到另外一个组件需要4.5微秒(μs),(a)该传送需要多少秒?(b)1分钟内能发生多少次传送?
 
(a)从图1-10a可知,时间4.5微秒是4.5×10-6或者0.000 004 5秒。(b)因为1分钟等于60秒,所以1分钟内可发生的传送次数是(60秒)/(0.000 004 5 秒/传送),即13 300 000次传送。注意,由于题目给出的原始数据是2位有效数字,所以结果的有效数字不能超过2位或3位。
 
图1-10a说明在公制系统中,前缀kilo-表示1000,mega-表示1 000 000。但是,在计算机科学中,kilo-表示210或者1024。1000 比1024小不到3%,因此你可以把计算机科学中的kilo-理解为1000,尽管它稍微大一点。这种方式同样适用于mega-和giga-,如图1-10b所示。这时,近似值的偏差更大一些,但是对于mega-,偏差仍在5%以内。采用这些看起来奇怪的惯例与在指令集架构层(ISA3层)的信息表示有关。
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