1、计算机系统概述

 日常见到的计算机有显示器、键盘、鼠标、音箱、主机箱等；主机箱中有：主板、CPU、硬盘、内存、显卡、声卡等；

1.1 计算机系统层次结构

1.2 计算机系统的基本组成

包括硬件系统和软件系统两部分。

1.2.1  计算机硬件

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

“存储程序”工作方式规定，程序执行前，需要将程序所含的指 令和数据送入主存，一旦程序被启动执行，就无须操作人员的干预, 自动逐条完成指令的取出和执行任务。

（1） 输入设备

输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入计算机。最常用 也最基本的输入设备是键盘，此外还有鼠标、扫描仪、摄像机等。

（2） 输出设备

输出设备的任务是将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形 式输出。最常用、最基本的输出设备是显示器、打印机。

（3）存储器

存储器分为主存储器（又称内存储器）和辅助存储器（又称外存储器）。CPU能够直接访问的存储器是主存储器。辅助存储器用于帮助主存储器记忆更多的信息，辅助存储器中的信息必须调入主存后，才能为 CPU所访问。 主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取，这 种存取方式称为按地址存取方式。

主存储器包含地址寄存器（MAR），数据寄存器（MDR），存储体，时序控制。地址寄存器（MAR）存放访存地址，经过地址译码后找到所选的存储单元。其位数对应着存储单元的个数。数据寄存器（MDR）用于暂存要从存储器中读或写的信息。存储体由许多存储单元组成，每个存储单元包含若干存储元件，每个存储元件存储一位二进 制代码“0”或“1”。时序控制 逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号。

MAR与MDR虽然是存储器的一部分，但在现代计算机中却是存在于CPU中的；

（4） 运算器

运算器的核心是算术逻辑单元（ALU）。 运算器内还有程序状态寄存器（PSW）,也称标志寄存器，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。

（5）控制器

控制器由程序计数 器（PC）、指令寄存器（IR）和控制单元（CU）组成。PC用来存放当前欲执行指令的地址，具体自动加1的功能, 即可自动形成下一条指令的地址，它与主存的MAR之间有一条直接通路。IR用来存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。指令中的操作码OP（IR）送至CU,用以分析指令并发出各种微操作命令序列；而地址码Ad（IR）送往MAR,用以取操作数。

指令执行流程

1.2.2 计算机软件

（1）分类

软件按其功能分类，可分为系统软件和应用软件。

系统软件通常作为系统资源提供给用户使用。系统软件主要有操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、语言处理程序、分布式软件 系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序等。

应用软件是指用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序。

（2）三个级别的语言

系统软件一般用汇编语言，应用软件一般用高级语言

1） 机器语言。又称二进制代码语言。机器语言 是计算机唯一可以直接识别和执行的语言。

解释程序（解释器）。将源程序中的语句按执行顺序逐条翻译成机器指令并立即执行。

2） 汇编语言。汇编语言用英文单词或其缩写代替二进制的指令代码，更容易为人们记忆和理解。使用汇编语言编辑的程序，必须经过一个称为汇编程序的系统软件的翻译，将其 转换为机器语言程序后，才能在计算机的硬件系统上执行。

汇编程序（汇编器）：将汇编语言程序翻译成机器语言程序。

3） 高级语言。高级语言（如C、C++、Java等）是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程序。通常高级语言需要经过编译程序编译成汇编语言程序，然后经过汇编操作得到机器语言程序，或直接由高级语言程序翻译成机器语言程序。

编译程序（编译器）：将高级语言程序翻译成汇编语言或机器语言程序。

（3）从源程序到可执行文件

1.2.3 指令执行过程的描述 

 1.3 计算机性能指标

计算机字长通常选定为字节（8位）的整数倍。字长一般等于内部寄存器的大小，字长越长，数的表示范围越大，计算精度越高。

1.3.1主存容量

主存容量是指主存储器所能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量

1.3.2运算速度

吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。它要取决于主存的存取周期。

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响应并获得所需结果的 等待时间。通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访 问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等的时间）。

CPU时钟周期：即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位。

蛮主频（CPU时钟频率）：计算机的主频越高，完成指令的一个执行步骤所用的时间越短，执行指令的速 度越快。

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。

CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=（指令条数XCPI）/主频

MIPS ：即每秒执行多少百万条指令。MIPS =指令条数/（执行时间X 1。6）=主频/（CPIxl06）