计算机系统概述

计算机系统概述是计算机组成原理的概述，主要介绍了计算机由哪几部分组成，不同级别的语言和计算机组成的层级。

计算机系统概述

• 发展历程
  • 第一代：电子管计算机——电子管作为开关器件，使用机器语言；可以存储信息；输入输出很慢
  • 第二代：晶体管计算机——晶体管代替电子管；使用汇编语言；贮存使用磁芯存储器
  • 第三代：中、小规模集成电路计算机——逻辑元件采用中小规模集成电路；操作系统用问世
  • 第四代：大规模和超大规模集成电路计算机——逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路；微处理器问世
  • 第五代：智能计算机
  • 第六代：生物计算机
• 系统组成
  • 硬件系统
    • 中央处理器
      • 运算器：计算机的执行部件，用于对数据的加工处理，完成算术运算和逻辑运算
      • 控制器：计算机的指挥中心，使计算机各个部件自动协调工作
    • 存储器：计算机的存储部件，用于存放程序和数据
    • 输入设备：将程序和数据以及其能识别和接受的信息形式输入到计算机
    • 输出设备：将计算机的处理结果以某种形式输出
  • 软件系统
    • 系统软件：主要用于管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行
      • 操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、分布式软件系统、标准库程序等
    • 应用软件：用户根据人物需要编制的各种程序
      • 科学计算类程序、工程设计类程序、数据统计于处理程序等
• 冯诺依曼机
  • 特点
    • 1）计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成
    • 2）指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址访问
    • 3）指令和数据均用二进制代码表示
    • 4）指令由操作码和地址吗构成
    • 5）指令在该存储器内按顺序存放
  • 存储程序：将指令以代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束
• 三个级别的语言
  • 机器语言：二进制代码语言，是计算机唯一可以直接识别和识别的可执行语言
  • 汇编语言：用英文单词或其缩写代替二进制的指令代代码。汇编语言程序必须经过汇编程序的系统软件的翻译
  • 高级语言：为方便程序设计人员写出解决问题的处理方案和解题过程的过程的程序
• 性能指标
  • 机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数的有关
  • 主存容量：主存储器能存储数据的最大容量，通常用字节来衡量
  • 数据通路带宽：数据总线一次能并行传送信息的位数
  • 运算速度
    • 吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量
    • CPI：执行一条指令所需的时钟周期数
    • 响应时间：从用户提交作业到该作业得到CPU响应所经历的时间
    • 主频：计算机内部时钟的频率
    • CPU周期（机器周期）：通常从内存读取一条指令字的最短时间来衡量
    • CPU时钟周期：CPU中最小的时间单位，是主频的倒数
    • MIPS：每秒可执行百万条指令数； FLOPS：每秒执行的浮点运算次数
    • IPC：CPU每个时钟周期内所执行的指令数
• 几个专业术语
  • 系列机：具有基本相同的体系结构，使用相同基本指令系统的多个不同型号的计算机组成的一个产品
  • 兼容：计算机软件或硬件的通用性，即使用或运行在某个型号的计算机系统中的硬件/软件也能应用于另一个型号的计算机系统
  • 软件可移植性：把使用在某个系列计算机中的软件植进或进行很少的修改就能运行在另一个系列计算机中的可能性
  • 固件：将程序固定在ROM中组成的部件，固件是一种具有软件特性的硬件，执行速度快于软件
• 指令执行过程
  • 取指令 ->分析指令 ->执行指令
• 多级层次结构
  • 第1级：微程序机器层。一个实在的硬件层，由机器硬件直接执行微指令
  • 第2级：传统机器语言层。一个实际的机器曾，由微程序解释机器指令系统
  • 第3级：操作系统层。由操作系统程序实现。
  • 第4级：汇编语言层。为用户提供一种符号化的语言。
  • 第5级：高级语言曾。面向用户，为方便用户编写应用程序而设置。
  • 下层是上层的基础 上层是下层的扩展