计算机系统的概述

计算机系统 = 硬件 + 软件

软件：

• 系统软件：用来管理整个计算机系统
• 应用软件：按任务需要编制成的各种程序

硬件：

? 逻辑元件的更新：

1. 第一阶段：电子管
2. 第二阶段：晶体管
3. 第三阶段：中小规模集成电路
4. 第四阶段：大规模，超大规模集成电路

计算机硬件的基本组成

早期的冯诺伊曼结构（冯诺伊曼机）

特点：

• 计算机由五大部件组成
• 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
• 指令和数据都用二进制表示
• 指令由操作码和地址码组成
• 存储程序，将指令和程序提前存入存储器中
• 以运算器为中心

现代计算机的结构

CPU = 运算器 + 控制器

现代计算机以存储器为中心

各个硬件的工作原理

1. 主存储器

构成：

• 存储体
• MAR（Memory Address Register）
• MDR（Memory Data Register）

目前这两个寄存器一般都集成在CPU中

大致过程：

CPU想要取得一个数据，它把想要的数据写到MAR存储地址寄存器中去，主存储器根据MAR中的信息找到相应的数据，再写入MDR存储数据寄存器中去，最后通过数据线路传给CPU

MAR位数反应存储单元的个数，MDR位数 = 存储字长

例：MAR = 4位 =====> 2^4个存储单元

2. 运算器

用于实现算术运算（加减乘除），逻辑运算（与或非）

构成：

• ACC：累加器，用于存放操作数，或运算结果
• MQ：乘商寄存器，在乘，除运算时，用于存放操作数或者操作结果
• x：通用的操作数寄存器，用于存放操作数
• ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算，逻辑运算

3. 控制器

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，有自动加一功能

计算机系统的多层次结构

高级语言：C/C++，Java，pyhton等

汇编语言：助记符

机器语言：二进制代码

高级语言通过编译程序（编译器）成汇编语言，再通过汇编程序（汇编器）成为机器语言

编译程序：将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言的程序（只需翻译一次）

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。紧接着翻译下一句（每次执行都要翻译）

计算机的性能指标

• 总容量

  总容量 = 存储单元个数 x 存储字长 bit = 存储单元个数 x 存储字长/8 Byte

  e.g. MAR为32位，MDR为8位，总容量 = 2^32 * 8 bit = 4GB

• CPU的性能指标

  CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率

  CPU时钟周期：每个脉冲信号的时间（与CPU主频互为倒数）

  CPI：执行一条指令所需的时钟周期数（可变的）

  执行一条指令的耗时 = CPI x CPU时钟周期

  CPU执行时间（整个程序的耗时） = CPU时钟周期数/主频 = （指令条数 * CPI）/ 主频

  IPS：每秒执行多少次指令 = 主频 / 平均CPI

  FLOPS：每秒执行多少次浮点运算

计算机组成与系统结构第一课（计算机系统概述）

原文：https://www.cnblogs.com/mgd666/p/14411241.html