本文介绍计算机系统层次组成，包括冯·诺依曼体系结构、各硬件工作原理、计算机软件分类及三个级别的语言。还阐述了计算机系统的层次结构和工作原理，如从源程序到可执行文件的过程。此外，讲解了存储器、CPU和系统整体的性能指标，指出并行处理技术可提高性能。
目录
1 计算机系统层次的组成
1.1 冯·诺依曼体系结构
特点：
1.计算机由五大部件构成
2.指令与数据以同等地位存储在存储器中
3.指令与数据按二进制存储和表示
4.指令由操作码和地址码组成
5.存储程序（控制流驱动方式）：先储存，后执行
6.以运算器为中心（现代计算机以存储器为中心）
在冯诺依曼体系的计算机中，CPU通过指令周期的不同阶段区分数据和地址，以存储程序原理，计算机应包含五大功能：数据传送/存储/处理，操作控制/判断
现代计算机的结构：
1.2 各硬件的工作原理
（1）主存储器
MAR：存储地址寄存器，位数反映存储单元的个数
MDR：存储数据寄存器，位数等于存储字长
存储单元：每个存储单元中存放一串二进制代码
存储字：存储单元中二进制代码的组合
存储字长：存储单元中二进制代码的位数
（地址译码器一般位于主存，地址寄存器一般位于CPU；主存是程序运行时的存储位置；字长是决定计算机精度的主要数据）
（2） 运算器
运算器用于实现算术运算和逻辑运算，其中ACC,MQ,X是必备内容，ALU是运算器的核心部分。
ACC：累加器，用于存放操作数、运算结果
MQ：乘商寄存器，用于存放乘除运算运算结果
X：通用操作数寄存器，存放操作数
ALU：算术逻辑单元
（3）控制器
控制器由CU，IR,PC三部分构成。
CU：控制单元；分析指令，给出控制信号
IR：指令寄存器；存放当前执行的指令
PC：程序计数器；存放下一条指令地址，可自增1
一条指令的运行如下：
其中PC执行完后会自增1，读取下一个指令的地址。
1.3 计算机软件
（1）系统软件和应用软件
软件按功能分类可分为系统软件和应用软件
系统软件：保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为操作系统资源提供给用户使用
应用软件：用户为解决某应用领域中各种问题而编制的程序
（2）三个级别的语言
机器语言：又称二进制代码语言，需要编程人员记忆每条指令的二进制编码，是唯一可被机器直接识别和执行的语言
汇编语言：由英文单词或其缩写代替二进制的指令代码
高级语言：（C,C++,Java...）为方便程序设计人员写出解决问题的处理方案和解决过程的程序
计算机无法直接理解和执行高级语言程序，需将其转换成机器语言程序，通常把转换软件称为翻译程序
翻译程序分为三类：汇编程序，解释程序，编译程序
汇编程序（汇编器）：将汇编语言转换为机器指令
解释程序（解释器）：将源程序中的语句逐句翻译为机器指令并执行
编译程序（编译器）：将高级语言转换为汇编语言或机器指令
1.4 计算机系统的层次结构
1.5 计算机系统的工作原理
（1）从源程序到可执行文件
以一个简单的打印hello为例
预处理：处理#开头的命令（eg 宏定义）
链接：将多个可执行文件与标准库函数合并成一个可执行的目标文件，最终结果保存在磁盘中
2 计算机性能指标
1. 存储器的性能指标
1.MAR：MAR的位数反映存储单元的个数（最大值）
2.MDR：MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小
3.总容量=存储单元个数*存储字长（bit）
eg： 已知MAR为32位，MDR为8位，则总容量=2^32 *8bit = 4GB
2. CPU的性能指标
1.CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率；CPU主频=1/CPU时钟周期
时钟周期是计算机操作的最小时间单位
2.CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数；执行一条指令所花费的时间=CPI * CPU时钟周期
3.IPS：每秒执行多少条指令；IPS=主频/平均CPI
4.FLOPS：每秒执行多少次浮点运算
（KIPS,MIPS,KFLOPS....中，K,M,G为数量单位）
3. 系统中体的性能指标
1.数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数
数据通路：数据在功能部件中传送的路径，由控制部件产生的控制信号建立
2.吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量，从用户观点看，吞吐量是衡量计算机系统性能的综合参数
3.响应时间：用户发送请求到系统对其作出响应并获得结果的时间
4.基准程序：测量计算机处理速度的程序（鲁大师跑分）
提高计算机性能的重要技术途径是采用并行处理技术
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