【Principio de composición informática】 Introducción al sistema informático

Introducción al sistema informático

1. Conocimientos básicos

(1) Clasificación de computadoras

Las computadoras electrónicas generalmente se dividen en dos categorías: computadoras analógicas electrónicas y computadoras digitales electrónicas.

	Computadora digital electrónica	Computadora analógica electrónica
Representación de datos	Números 0 y 1	Voltaje
Cálculo	Conteo digital	Combinación de voltaje y valor medido
método de control	Control de programa	Conexión en disco
precisión	alto	fondo
Almacenamiento de datos	Grande	pequeño
Juicio lógico	Fuerte	No

• Computadora analógica electrónica

  "Analógico" significa un significado similar. Por ejemplo, una regla de cálculo usa la longitud para indicar el número de relojes, y un puntero gira en el cuadrante para indicar la hora; un medidor eléctrico usa un ángulo para reflejar la cantidad de electricidad. Estos son los características de los dispositivos de computación analógica y de las computadoras analógicas El valor está representado por una cantidad continua, y el proceso simbólico también es continuo.

• Computadora digital electrónica

  La computadora digital electrónica se desarrolla sobre la base del ábaco, utiliza números para expresar el tamaño de la cantidad, la característica principal de la computadora digital es el funcionamiento bit a bit y el cálculo es discontinuo.

  La definición de progreso de la computadora digital electrónica se puede dividir en computadoras con chip y computadoras de propósito general. Las computadoras de propósito general y especial se dividen según la eficiencia, velocidad, precio, economía de operación y adaptabilidad de la computadora.

  • Computadora dedicada

    Una computadora dedicada es la computadora más efectiva, económica y rápida, pero su adaptabilidad es pobre.

  • Computadora de propósito general

    Las computadoras de uso general son altamente adaptables, pero a expensas de la eficiencia, la velocidad y la economía.

    Las computadoras de uso general se pueden dividir en supercomputadoras, mainframes, servidores, PC, computadoras de un solo chip y computadoras de varios núcleos. Su diferencia radica en el tamaño, la simplicidad, la pérdida de energía, los indicadores de rendimiento, la capacidad de almacenamiento de datos, la escala del sistema de comando y el precio de la máquina.
    

(2) El desarrollo de las computadoras

• Una breve historia del desarrollo de las computadoras
  

• La tendencia de desarrollo de las computadoras

  • miniaturización
  • En red
  • Mega
  • Inteligente

(3) Indicadores de rendimiento informático

• Rendimiento

  • La cantidad de información que se puede procesar en un determinado intervalo de tiempo.

• Tiempo de respuesta

  • Una medida del tiempo entre el momento en que la entrada es válida y el momento en que el sistema responde

• Tasa de uso

  • El porcentaje de tiempo que el sistema se utiliza realmente en un intervalo de tiempo determinado.

• Longitud de la palabra del procesador

  • El número de bits que la unidad aritmética puede completar operaciones binarias a la vez.

• Ancho de bus

  • El número de bits de bus internos para la interconexión entre la unidad aritmética y la memoria.

• Capacidad de memoria

  • El número total de todas las unidades de almacenamiento de la memoria.

• Ancho de banda de memoria

  • La cantidad de información numérica binaria leída de la memoria por unidad de tiempo.

• Frecuencia principal / ciclo de reloj

  • La frecuencia del reloj principal se llama frecuencia principal de la CPU, y el recíproco de la frecuencia principal es el ciclo.

• Tiempo de ejecución de la CPU

  • Tiempo de CPU utilizado para ejecutar programas generales

  • Tiempo de ejecución de la CPU = número de ciclos de reloj de la CPU × ciclos de reloj de la CPU

• IPC

  • Ciclo por instrucción El número de ciclos por instrucción, es decir, el número promedio de ciclos de reloj necesarios para ejecutar una instrucción.

  • CPI = el número de ciclos de reloj de la CPU necesarios para ejecutar un programa determinado ÷ el número de instrucciones contenidas en el programa

• MIPS

  • Millones de instrucciones por segundo Cuántos millones de instrucciones de punto fijo se ejecutan por segundo

  • MIPS = número de instrucciones ÷ (tiempo de ejecución del programa × 1 $0^6$）

• FLOPS

  • operaciones de punto flotante por segundo

  • FLOPS = el número de operaciones de coma flotante en el programa ÷ tiempo (s) de ejecución del programa

2. Introducción al sistema informático

(1) Sistema de hardware

①Composición del sistema de hardware

• Unidad Central de Procesamiento (CPU

  • Controlador
  • Unidad aritmética

• Sistema de bus

  • Interfaz de bus y entrada y salida

• Dispositivo de E / S

  • dispositivo de entrada
  • Dispositivo de salida

• Memoria

  • cache
  • Memoria principal
  • Almacenamiento virtual (dispositivo de disco)

②Introducción al hardware principal

• La
  función aritmética principal del operador es suma, resta, multiplicación y similares, además de la operación aritmética. Además, también se pueden realizar operaciones lógicas, por lo que a menudo se denomina ALU (unidad de operación lógica aritmética).
  • Utilice números binarios (fácil de implementar)
  • Cuantos más dígitos, mayor es la precisión del cálculo
• La memoria
  guarda o "memoriza" los datos originales y los pasos para resolver el problema, y ​​almacena el código binario representado por 0 o 1.
  • La memoria principal utiliza dispositivos semiconductores como memoria, y un flip-flop semiconductor almacena un bit binario.
  • Unidad de almacenamiento : n flip-flops con un número binario de n bits se almacenan en la memoria para formar una unidad de almacenamiento
  • Dirección de memoria : la memoria se compone de muchas unidades de almacenamiento, y el número de cada unidad de almacenamiento se denomina dirección.
  • Capacidad de almacenamiento : el número total de todas las unidades de almacenamiento en la memoria. Normalmente se expresa en unidades de "KB, MB, GB, TB", etc.
  • Dividido en: memoria interna ( memoria principal) y memoria externa (memoria auxiliar)
• El controlador
  controla los diversos componentes de la computadora para que funcionen
  de manera ordenada: de acuerdo con la secuencia de instrucciones dispuesta por el programa de cálculo, primero obtenga una instrucción de la memoria y colóquela en el controlador, el código de operación de la instrucción es analizado y juzgado por decodificador, y luego de acuerdo con la instrucción Nature, ejecute esta instrucción y realice la operación correspondiente. Luego, obtenga la segunda instrucción de la memoria, ejecute la segunda instrucción, etc.
  • La instrucción tiene dos partes: la naturaleza de la operación ( código de operación ) y la dirección de la operación ( código de dirección )
  • El período de búsqueda de instrucciones se denomina ciclo de búsqueda de instrucciones.
  • El período de ejecución de las instrucciones se denomina ciclo de ejecución.
  • El tiempo para buscar la instrucción y ejecutar la instrucción completa se denomina ciclo de instrucción.
• Adaptadores y dispositivos de entrada y salida
  • El dispositivo de entrada transforma cierta forma de información con la que la gente está familiarizada en una forma de información binaria que se puede recibir y reconocer dentro de la máquina.
  • El dispositivo de salida transforma el resultado del procesamiento de la computadora en una forma de información que puede ser recibida y reconocida por humanos u otras máquinas.
  • Dispositivos de E / S a menudo denominados dispositivos periféricos
  • El adaptador (interfaz de E / S) es equivalente a un convertidor, que puede garantizar que el dispositivo periférico envíe o reciba información en la forma requerida por la computadora
• Bus del
  sistema El bus del sistema constituye el esqueleto del sistema informático y es un canal común para la transmisión de datos entre múltiples componentes del sistema.

(2) Sistema de software

(3) La estructura jerárquica del sistema informático.

• Estructura jerárquica del sistema informático.
  
• Interfaz de software y hardware
  

3. La idea de diseño del programa de almacenamiento informático electrónico, control del programa

(1) Programa de tienda, control de programa

• Procedimiento almacenado

  Almacene el programa de resolución de problemas (secuencia de instrucciones) en la memoria

• Control de programa

  El controlador controla toda la computadora para completar las tareas de cálculo de manera coordinada de acuerdo con el programa almacenado

(2) La idea básica de la computadora von Neumann

• Representa datos e instrucciones en forma binaria. La instrucción se compone de código de operación y código de dirección
• El programa y los datos se almacenan en la memoria, de modo que la computadora obtiene instrucciones de la memoria para su ejecución cuando está funcionando y completa automáticamente la tarea de cálculo. Este es el "programa almacenado" y el "control de programa"
• La ejecución de las instrucciones es secuencial, es decir, generalmente se ejecutan en el orden en que se almacenan las instrucciones en la memoria, y la rama del programa es implementada por la instrucción de transferencia.
• La computadora está compuesta por cinco componentes básicos: memoria, unidad aritmética, controlador, equipo de entrada y salida

(3) Flujo de instrucciones y flujo de datos

• Si una palabra es una instrucción, se llama palabra de instrucción.
• Una palabra representa los datos que se van a procesar, denominada palabra de datos.
• La información que se lee de la memoria en el ciclo de búsqueda de instrucciones es el flujo de instrucciones, que fluye al controlador,
  mientras que la información que se lee de la memoria en el ciclo de ejecución es el flujo de datos, que fluye de la memoria a la unidad aritmética.
• En términos de tiempo: en el ciclo de búsqueda, la información leída por la CPU desde la memoria debe ser instrucciones; y la información leída o escrita desde la memoria durante el ciclo de ejecución deben ser datos.
• Espacialmente: las instrucciones deben fluir hacia el controlador; y los datos fluyen entre la memoria (o registros) y la unidad aritmética