计算机系统概述
思维导图：
计算机系统的组成
硬件系统
- 指有形的物理设备
软件系统
- 指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档
计算机硬件
冯诺依曼机基本思想
采用“存储程序”的工作方式
硬件系统的5大部件
- 运算器
- 存储器
- 控制器
- 输入设备
- 输出设备
指令和数据以同等地位存储在存储器中
指令和数据均用二进制代码表示
冯诺依曼模型
计算机的功能部件
输入设备
输出设备
存储器
主存储器（内存储器）
CPU能够直接访问
工作方式：按存储单元的地址进行存取
基本组成
地址寄存器（MAR）
存放访存地址
用于寻址
- 其位数对应着存储单元的个数
MAR的长度与PC的长度相等
存储体
存放二进制信息
由许多存储单元组成
每个存储单元包含若干存储元件
- 每个存储单元存储1位二进制代码0或1
数据寄存器（MDR）
- 用于暂存要从存储器中读或写的信息
- 位数和存储字长相等
时序逻辑控制
- 用于产生存储器操作所需的各种时序信号
注：MAR和MDR在现代计算机中是存在于CPU中的，高速缓存（Cache）也存在于CPU中
辅助存储器（外存储器）
- 帮助主存储器记忆更多的信息
运算器
计算机的执行部件
- 算术运算
- 逻辑运算
核心：算术逻辑单元（ALU）
包含若干通用寄存器
- 累加器（ACC）
- 乘商寄存器（MQ）
- 操作数寄存器（X）
- 变指寄存器（IX）
- 基址寄存器（BR）
程序状态字寄存器（PSW）
用于存放ALU运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息
如结果是否溢出、有无产生进位或借位、结果是否为负等。
控制器
计算机的“指挥中心”
组成
程序计数器（PC）
- 存放当前与执行指令的地址
指令寄存器（IR）
- 存放当前的指令，内容来自主存的MDR
控制单元（CU）
计算机软件与语言
系统软件
- 操作系统OS、数据库管理系统DBMS、语言处理程序等
应用软件
- 如各种科学计算类程序、工程设计类程序、数据统计与处理程序等
三个级别的语言
1.机器语言 2.汇编语言 3.高级语言
翻译程序
- 1.汇编程序（汇编器）
- 2.解释程序（解释器）
- 3.编译程序（编译器）
计算机系统的层次结构
第1级：微程序机器层
第2级：传统机器语言层
第3级：操作系统层
第4级：汇编语言层
计算机系统的工作原理
指令执行过程的描述
- 1.取指令：PC->MAR->M->MDR->IR
- 2.分析指令：OP(IR)->CU
- 3.执行指令：Ad(IR)->MAR->M->ACC
计算机系统的性能指标
1.字长
- 字长是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
2.数据通路带宽
- 指数据总线一次所能并行传送信息的位数
3.主存容量
- 指主存储器所能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量，MAR的位数反应存储单元的个数。
4.运算速度
吞吐量和响应时间
吞吐量
- 指系统在单位时间内处理请求的数量
响应时间
- 指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出相应并会的所需要结果的等待时间
主频和CPU时钟周期
CPI，即执行一条指令所需的时钟周期数
CPU执行时间，指运行一个程序所花费的时间
MIPS，即每秒执行多少百万条指令
MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、EFLOPS和ZFLOPS
5.基准程序
- 是专门用来进行性能评价的一组程序，能够很好的反应机器在运行实际负载时的性能。