计算机系统简介

计算机软硬件概念

• 主机：CPU、主板、内存

• 外部设备
• 在机箱里的外设
• 外设 软件：一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合

• 系统软件：用来管理整个计算机系统（服务于应用）
• 语言处理程序
• 操作系统
• 服务性程序
• 数据库
• 网络软件
• 标准程序库

• 应用软件：用户按任务需要所编制的各种程序（服务于用户） 计算机性能的好坏取决于“软”“硬”件功能组合

计算机系统的层次结构

计算机体系结构和计算机组成

• 程序员见到的计算机系统的属性

• 概念性的结构与功能特性（指令系统、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等）

• 有没有乘法指令，乘法指令的参数类型

• 如何实现计算机体系结构所体现的特性（具体的指令实现）

• 乘法指令的实现，硬件乘法器还是微指令乘法器、乘法指令运行时间

计算机的基本组成

冯·诺伊曼计算机的特点🔆

• 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成

• 指令和数据以同等地位存放于存储器中，并可按地址寻访

• 指令和数据均用二进制数表示---对应计算机设计的基本问题：信息的表示形式：信息如何表示，才能被计算机识别
• 逻辑电路的技术实现简单
• 物理上最易实现存储
• 便于进行加、减运算和计数编码
• 便于逻辑判断（是或非）
• 用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点

• 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置

• 采用存储程序的方式，指令在存储器内按顺序存放，通常指令顺序执行，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序---对应计算机设计的基本问题：计算机的工作方式：采用什么方式，计算机才能自动地对信息进行处理
• （事先编制程序—存入主存储器—运行程序）
• 这是计算机能高速自动运行的基础
• 计算机的工作体现为执行程序，计算机功能的扩展在很大程度上体现为所存储程序的扩展

• 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成

计算机的硬件框图🔆

• 运算器：完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器中

• 存储器：用来存放数据和程序

• 控制器：用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果

• 输入设备：将人们熟悉的信息形式转化为机器能识别的信息形式

• 输出设备：将机器运算结果转化为人们熟悉的信息形式 计算机的五大子部件在控制器的统一指挥下，有条不紊地自动工作

• CPU
• 运算器ALU：用来完成算术逻辑运算
• 控制器CU：用来解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令

• 存储器
• 主存：用来存放程序和数据，可以直接与CPU进行交换信息
• 辅存

• I/O设备：受CU控制，用来完成相应的输入、输出操作

计算机硬件的主要技术指标🔆

• 机器字长
• CPU 一次能处的处理的二进制数的位数，通常与CPU的寄存器位数有关

• 存储容量
• 主存容量：主存中存放二进制代码的总位数
• 容量越大，则可运行比较复杂的程序，使软件支撑环境更完善
• 存储容量=存储单元个数 x 存储字长
• 辅存容量：常用字节数表示

• 运算速度
• 主频、执行什么操作、主存本身速度
• 吉普森法
• 现代机器的运算速度普遍采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量，MIPS：每秒执行百万条指令
• CPI：执行一条指令所需的周期数
• FLOPS：每秒钟执行的浮点运算次数

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