计算机系统概述

第一章 计算机系统概述

1.冯诺依曼机

1.特点

1. 采用“存储程序”的工作方式
2. 五大部件:存储器、运算器、控制器、I/O设备
3. 指令和数据同等地位
4. 指令数据均用二进制代码存储
5. 指令由操作码和地址码组成

2.功能部件

1. 输入设备

2. 输出设备

3. 存储器（主存采用按地址存取方式）

   主存组成：MAR（存储器地址寄存器）、MDR(存储区数据寄存器) 、存储体、时序控制逻辑。存储单元存储的是一串二进制代码称为存储字，这段代码的长度称为存储字长。MAR的位数反映了最多可寻址的存储单元的个数。MDR的位数通常等于存储字长。现代计算机中：MAR、MDR存在于cpu中。

4. 运算器（用于算术运算和逻辑运算）

   ALU	算术逻辑单元	ACC	累加器	MQ	乘商寄存器	X	操作数寄存器
   IX	变址寄存器	BR	基址寄存器	PSW	程序状态寄存器（也叫FR）	FR	标志寄存器

5. 控制器

   PC	程序计数器
   IR	指令寄存器
   CU	控制单元
   OP	操作码
   AD	地址码

   cpu中央处理器：运算器和控制器集成芯片 。cpu、主存构成主机。

2.计算机软件

1. 系统软件与应用软件

   OS,DBMS,标准库程序，语言处理程序，服务型程序属于系统软件

2. 三个级别的语言

   1. 机器语言;机器唯一可以直接识别和执行的语言

   2. 汇编语言

   3. 高级语言

3. 翻译程序

   1. 汇编程序（汇编器）：将汇编语言程序一次性全部翻译成机器语言程序

   2. 解释程序（解释器）：逐条翻译，立即执行（e.g:python、javascript）

   3. 编译程序（编译器）

4. 软件和硬件的逻辑等价性

   对某一功能即可由硬件实现，也可由软件实现，功能上等价

3.计算机系统的层次结构

5	高级语言层
4	汇编语言层
3	操作系统层（混合层：机器指令+系统调用）
2	传统机器语言层 （3和2之间，交界面= ISA指令集体系结构）
1	微指令机器层、硬件直接执行微指令

​ 没有配备软件的纯硬件系统称为裸机。

4.计算机系统的工作原理

1. “存储程序”工作方式

2. 从源程序到可执行文件

   hello.c–>预处理器cpp（将#…插入程序文件）–>hello.i–>编译器ccl–>hello.s(汇编程序)–>汇编器as–>hello.o（可重定位目标程序）+pritnf.o–>链接器ld–>hello.exe(可执行目标程序)

5.计算机的性能指标

1. 机器字长：计算机进行一次定点整数运算所能处理的二进制数据的位数

2. 数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数

3. 主存容量：e.g MAR 16 位 MDR 32位 则2^16*32 位

4. 运算速度：

   1. 吞吐量和响应时间

   2. 主频和cpu时钟周期（主频：每秒有多少个时钟周期。主频=1/时钟周期）

   3. CPI:执行一条指令所需的时钟周期。

      IPS:每秒执行多少条指令。IPS=主频/平均CPI

   4. cpu执行时间=cpu时钟周期数/主频=（指令条数*CPI）/主频

   5. MPIS FLOPS KMGTPEZ

5. 基准程序（跑分软件）