1. 计算机系统的概述：
- 计算机系统主要由硬件和软件两大部分组成。硬件是计算机的实体，包括各种物理部件；而软件则是指导计算机硬件如何工作的程序和数据。
2. 主机：
- 主机是计算机的核心部分，包括中央处理器（CPU）、主存储器（主存）以及连接它们的总线。主机能够独立地执行程序，完成计算任务。
3. 中央处理器（CPU）：
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。它由运算器和控制器两部分组成。
运算器：执行各种算术和逻辑运算。运算器内部包括算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器组等部件。ALU负责执行加、减、乘、除等四则运算以及逻辑运算（如与、或、非、异或等），以及移位、比较和传送等操作。它是计算机中处理数据的功能部件，负责数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作，是实现计算机对数据进行处理的核心部件。
控制器：控制器则负责协调并指挥整个计算机系统的操作。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器中，通过指令译码，确定指令的操作性质，再通过操作控制部件，按指令要求发出各种控制信号，执行指令规定的操作，完成一条指令的执行。同时，还要根据指令执行的情况以及需要，去形成下一条指令的地址。
4. 主存储器：
存储器的主要功能是存储数据和程序。主存储器用于存放计算机运行期间的大量程序和数据，容量不大但存取速度较快。辅存的速度低，不能和CPU直接交换信息，但它的容量大，存放了许多暂时用不到的信息。当CPU需要的时候，将这些内容调入主存，供CPU直接访问。此外，缓存虽然容量小，但可以通过不断从主存中调入数据，使原来的信息被替换掉，从而提高数据访问的速度。
主存用于存储程序和数据。它是一个临时存储设备，CPU可以直接访问其中的内容。主存的基本结构包括存储单元、地址译码器、读写电路和控制部件等。
通用寄存器：用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。
程序计数器：用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。
指令寄存器：临时放置从内存里面取得的程序指令的寄存器，用于存放当前从主存储器读出的正在执行的一条指令。
地址寄存器：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
5. 总线：
总线则是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它负责在CPU、内存、输入、输出设备之间传递信息。总线由导线组成，根据所传输的信息种类，总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用于传输数据、数据地址和控制信号。
总线是连接CPU、主存和I/O设备的一组信号线。它负责在它们之间传输数据和指令。总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
6. 输入/输出（I/O）系统：
输入设备用于将外部数据转换为计算机能识别的形式，并输入到计算机中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
输出设备则将计算机处理后的结果以人类可理解的形式展现出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。
I/O接口是连接I/O设备与主机之间的桥梁，它负责数据的转换和传输。
7. 指令系统：
- 指令系统是计算机能够执行的所有指令的集合。每个指令都规定了计算机要执行的操作。指令系统位于计算机硬件和软件的交界面上，对计算机的性能和使用范围有着重要影响。
8. 存储系统：
- 存储系统包括主存、辅存（如硬盘、光盘等）和缓存等。它们共同构成了计算机的存储层次结构，解决了存储容量、速度和成本之间的平衡问题。
9. 并行处理与流水线技术：
- 并行处理是计算机系统中同时执行多个操作或指令的技术。它可以通过多个处理器、多线程或多核技术实现，以提高计算机的总体处理速度和吞吐量。
- 流水线技术是一种特殊的并行处理方式，它将一个复杂的任务分解成多个子任务，每个子任务在流水线的不同阶段上并行执行。这样，多个任务可以同时进行，提高了处理效率。
10. 中断系统：
- 中断是计算机中的一种重要机制，它允许外部设备或程序向CPU发出请求，以打断CPU当前的执行流程，转而执行中断服务程序。中断系统由中断源、中断请求、中断响应和中断处理等多个部分组成。
- 中断对于计算机系统的实时性、多任务处理以及异常处理等方面都起着重要作用。例如，当键盘有按键被按下时，键盘会发出中断请求，CPU会暂停当前的任务，转而处理键盘中断，读取按键信息。
11. Cache（高速缓存）：
- Cache是介于CPU和主存之间的小容量高速存储器，用于存储CPU经常访问的数据和指令。由于Cache的存取速度远高于主存，因此，当CPU需要访问数据时，首先会检查Cache中是否有所需的数据。如果Cache中有，则直接从Cache中读取，避免了访问主存带来的延迟，从而提高了计算机的运行速度。
12. 计算机的外部设备：
- 除了主机部分，计算机还包含各种外部设备，如显示器、打印机、键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。这些设备通过接口与主机相连，实现数据的输入和输出。
- 现代计算机还常常配备网络接口，以连接到互联网或局域网，实现远程通信和数据共享。
13. 计算机性能评价：
- 计算机的性能评价是衡量计算机系统优劣的重要指标。常见的性能评价指标包括执行速度、吞吐量、响应时间、资源利用率等。
- 为了提高计算机性能，可以采用各种优化技术，如指令级并行、数据级并行、存储优化、I/O优化等。
14. 机器语言与汇编语言：
- 计算机能直接理解和执行的指令集合称为机器语言。机器语言由二进制代码组成，对计算机硬件具有直接控制的能力。
- 由于机器语言编写困难，容易出错，因此人们发明了汇编语言。汇编语言是机器语言的符号化表示，它使用助记符来代替机器指令的操作码，使用地址符号或标号来代替指令或操作数的地址。通过汇编器可以将汇编语言程序翻译成机器语言程序。
15. 存储器的层次结构：
- 计算机存储系统通常是一个层次结构，包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存储器（RAM）、辅助存储器（如硬盘、SSD等）等。这种层次结构的设计是为了在存储容量、访问速度和成本之间取得平衡。
- 越靠近CPU的存储器，访问速度越快，但容量和成本也越高；反之，越远离CPU的存储器，访问速度越慢，但容量大且成本低。这种层次结构使得计算机能够高效地访问和管理数据。
16. 指令的执行过程：
- CPU执行指令的过程通常包括取指令、分析指令和执行指令三个阶段。首先，CPU从内存中取出一条指令；然后，对指令进行译码，确定其操作类型和操作数地址；最后，根据指令的要求，执行相应的操作。
- 在执行指令的过程中，CPU需要与存储器和I/O设备进行数据交换，这涉及到数据的读取、写入和传输等操作。
17. 计算机的安全与可靠性：
- 随着计算机应用的广泛深入，计算机的安全与可靠性问题变得日益重要。计算机安全主要关注数据的保密性、完整性和可用性，防止未经授权的访问和破坏。
- 为了提高计算机的可靠性，可以采用各种容错技术，如冗余设计、错误检测和恢复机制等。这些技术能够在一定程度上降低计算机故障的可能性，保证系统的稳定运行。
18. 计算机体系结构：
- 计算机体系结构是指计算机系统的基本组织方式和逻辑结构。它描述了计算机硬件和软件之间的接口，以及各部件之间的相互关系和工作原理。
- 计算机体系结构的研究旨在提高计算机的性能、降低功耗、简化设计等方面取得突破。随着技术的发展，新的计算机体系结构不断涌现，如量子计算体系结构、神经形态计算体系结构等。
19. 指令集架构（ISA）：
- 指令集架构（ISA）定义了计算机硬件如何响应软件发出的指令。它描述了指令的格式、功能以及CPU执行这些指令所需的操作。不同的处理器可能有不同的ISA，这影响了软件编写和性能优化。
20. 微程序设计与微控制器：
- 微程序设计是一种实现CPU控制逻辑的方法。它将每条机器指令分解为一系列微指令，这些微指令存储在控制存储器中，并由微控制器顺序执行。这种方法提高了设计的灵活性和可维护性。
21. 计算机性能分析与优化：
- 性能分析是评估计算机系统性能的关键步骤，包括测量执行时间、资源利用率等。通过分析，可以找出性能瓶颈并进行优化，如通过改进算法、调整数据结构、优化存储访问等方式。
22. 计算机的可靠性与可维护性：
可靠性指的是计算机系统在规定时间内和规定条件下无故障执行其功能的概率。为了提高可靠性，可以采用冗余设计、故障检测与恢复机制等技术。
可维护性则关注系统的可修复性和可升级性。良好的模块化设计和标准化的接口可以提高系统的可维护性。
23. 计算机系统中的总线与接口：
总线是计算机系统中连接各个部件的通信线路，负责数据的传输和控制信号的传递。不同的总线有不同的性能特点和应用场景。
接口是计算机与外部设备或系统之间的连接点，它实现了不同设备之间的数据交换和通信。
24. 计算机中的并发与并行：
- 并发指的是多个任务在同一时间段内交替执行，而并行则是多个任务在同一时刻同时执行。现代计算机系统通过多线程、多核处理器等技术实现并发与并行，以提高系统的吞吐量和响应速度。
25. 虚拟化技术：
- 虚拟化技术是一种将物理资源（如CPU、内存、存储等）抽象为虚拟资源的技术，使得多个操作系统或应用程序可以同时运行在同一物理平台上。虚拟化技术提高了资源的利用率和管理效率。
26. 绿色计算与节能技术：
- 随着计算机系统的规模和复杂度不断增加，能耗问题日益突出。绿色计算和节能技术旨在降低计算机系统的能耗，提高能效比，包括采用低功耗硬件、优化系统架构、实现动态功耗管理等方法。
27.用途
计算机的用途不同，对其不同部件的性能指标要求也有所不同。用作科学计算为主的计算机，其对主机的运算速度要求很高；用作大型数据库处理为主的计算机，其对主机的内存容量、存取速度和外存储器的读写速度要求较高；对于用作网络传输的计算机，则要求有很高的I/O速度，因此应当有高速的I/O总线和相应的I/O接口。