第一章 计算机系统概述
了解计算机的发展历程
搞清楚计算机的系统层次结构
计算机硬件的基本组成(五大部件)
计算机软件的分类
计算机的基本工作过程
了解计算机性能评价指标和相关参数
吞吐量、响应时间;
CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间;
MIPS、MFLOPS等。
1计算机系统设计的定量原理
1. 大概率事件优先原则
对于大概率事件（最常见的事件），赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
2. Amdahl定律（阿姆达尔定律）
加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。
2加速比
系统加速比依赖于两个因素：
可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的 比例，它总是小于等于１的。
例如: 一个需运行60秒的程序中有20秒的运算 可以加速，那么该比例就是20/60。
部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高，一般情况下它是大于１的 。
例如: 系统改进后执行程序，其中可改进部分花费2秒的时间，而改进前该部分需花费5秒，则性能提高为5/2。
总执行时间改进后 = 不可改进部分的执行时间 + 可改进部分改进后的执行时间
例1.1】将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？
解：由题可知，可改进比例Fe＝ 40%＝0.4，部件加速比Se＝10，根据Amdahl定律可知：
系统加速比 = 
整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。
3CPU的性能
(1)将程序执行的时间进行分解
1) 计算机工作的时钟频率
计算机系统中与实现技术和工艺有关的因素。单位是MHz(f)。
2) 总时钟周期数
程序执行的CPU时间 : CPU时间 = 总时钟周期数 / 时钟频率
(2)“指令时钟数”CPI(Cycles Per Instruction)
一个与计算机体系结构有关的参数。
CPI = 总时钟周期数 / IC
IC：程序执行过程中所处理的指令数。
(3)程序执行的CPU时间可以写成
总CPU时间 = CPI * IC / 时钟频率
◆ 时钟频率：反映了计算机实现技术、生产工艺和计算机组织。
◆ CPI：反映了计算机实现技术、计算机指令集的结构和计算机组织。
◆ IC：反映了计算机指令集的结构和编译技术。
(4)对CPU性能公式进行进一步细化
假设：计算机系统有n种指令；
CPIi ：第i种指令的处理时间；
ICi ：在程序中第i种指令出现的次数；
则程序执行时间为
其中：(ICi / IC)反映了第i种指令在程序中所占的比例。
4计算机系统的性能评价
（1）MIPS 表示每秒处理的百万级的机器语言指令条数。MIPS的定义为：
（2）MFLOPS 表示每秒处理的百万级浮点指令条数。对于一个给定的程序，MFLOPS的定义为：
本章小结
1.计算机主要指数字计算机，通常分为专用计算机和通用计算机两大类。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
2.计算机的生命在于它的广泛应用，应用的范围几乎涉及人类社会的所有领域。
3.计算机的硬件是指构成计算机的各类有形的电子器件，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备等。传统上将运算器+控制器称为ＣＰＵ，而将ＣＰＵ+ 存储器称为主机。
4.目前大多数计算机为冯·诺依曼型结构，其特点为：根据存储程序、按地址顺序执行程序（指令），直至完成任务。
5.计算机软件一般分为系统程序和应用程序两大类。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能和用途，它包括：(1)各种服务程序，(2)语言类程序，(3)操作系统，(4)数据库管理系统。而应用程序则是针对某一应用需求所开发的软件。
6.计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构系统，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，并且可得到下面各级的支持。
7.计算机体系结构是指程序员所看到的一个计算机系统的属性，主要研究硬件和软件功能的划分，确定硬件和软件的界面。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系。
例题
