概论

计算机系统

计算机系统=硬件+软件

计算机硬件系统

• 是指构成计算机系统的电子线路和电子元件等物理设备的总称
• 硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。

计算机软件系统

• 将解决问题的方法，思想和过程用程序进行描述，程序是软件的核心组成部分
• 程序通常存储在介质上
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  注：还有一部分固化的软件称为固件，兼具软件和硬件的特性，如个人计算机的BIOS
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1. 系统软件：用于管理整个计算机系统的~
   1. 语言处理程序
   2. 操作系统
      1. 管理计算机各种资源，自动调度用户作业，处理各种中断的软件
      2. 由操作系统管理的资源
         1. 硬件，软件和数据信息
         2. 操作系统的规模和功能可大可小，随不同的要求而异
         3. 常见的操作系统有：DOS，UNIX，Windows，Linux，macOS
   3. 服务型程序
   4. 数据库管理系统
   5. 网络软件
2. 应用软件：按任务需要编程的的各种程序

计算机系统的层次结构

• 机器语言：二进制代码（0/1）
• 汇编语言：ADD,MOV,SUB
• 高级语言：C/C++,Java,Python
• **编译与解释 **
  • 编译程序：将高级语言编写的源程序全部语句一次性全部翻译为机器语言程序，而后执行机器语言程序（只需要翻译一次）
  • 解释程序：将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句，并立即执行、紧接着再翻译下一句（每次执行都需要翻译）
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    **注：**三种级别的语言和对应程序：高级语言，汇编语言，机器语言（编译程序和解释程序）
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计算机系统的工作过程

• 把程序和数据装入主存；
• 从程序的起始地址允许程序；
• 用程序首地址从存储器取出第一条指令，经过译码，执行等一系列步骤完成指令功能，计算下一条指令的地址；
• 用得到的地址继续读第二条指令执行，直到程序结束；
• 每条指令都是在取指，译码和执行的循环中完成的

冯·诺依曼计算机结构

冯氏机的特点

• 计算机由五大部件组成：运算器，存储器，控制器，输入，输出设备
• 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访（根据指令周期判断是指令还是数据）
• 指令和数据用二进制表示
• 指令由操作码和地址码组成
• 存储程序
• 以运算器为中心

现代计算机

• 微处理器出现后由冯氏机转化成现在的计算机结构（将控制器和运算器组装在一起，统称为CPU）

现代计算机的组成

计算机硬件的主要技术指标

机器字长

机器字长指的是CPU一次能处理数据的二进制位数

• 由运算器，寄存器的位数决定
• 一般与内部寄存器的位数相等（字长）
• 字长越长，表示数据的范围就越大，精度越高
• 目前常见的有32位和64位字长

存储容量

• 主存容量：存储单元个数*存储字长
• 辅存容量：用字节数表示，例如硬盘容量500G

运算速度

• 相关因素：机器主频，执行的操作，主存本身速度（速度快，取指，取数就快）
• 主频：指CPU内核工作的时钟频率
• 时钟周期：CPU内部两个功能部件（运算器和控制器）之间传递信息所需要的最短时间
• MIPS（million introductions per second）：每秒钟能执行的指令总条数（单位：百万条/秒）
• FLOPS：每秒浮点运算次数
• IPC：指每个时钟周期要执行多少条指令
• PCI：指CPU执行一条指令（平均）所需的时钟周期数

计算机的历史与发展