计算机系统基础第一章

计算机系统概述

冯诺依曼计算机结构的主要特点：

1. 计算机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五大部分组成

2. 指令和数据用二进制表示

3. 指令和数据放在存储器中，按地址访问

4. 指令由操作码和地址吗组成，操作码指定操作类型，地址码指定操作数地质

5. 按“存储程序”方式进行工作

计算机硬件的基本组成和功能

• 运算器进行各种算术逻辑运算

• 控制器用来对指令进行译码并送出操作控制信号

• 存储器存放数据和指令

• 输入输出设备用来实现计算机和用户之间的信息交换

计算机系统的层次结构

• 计算机系统分为软件和硬件，软件和硬件的界面是指令集体系结构（ISA）

• 从高到低分为应用软件、系统软件、硬件三个层次

• 不同计算机用户在不同层次

  从高到低分为应用程序级（最终用户）、高级语言虚拟机级（高级语言程序员）、汇编语言虚拟机级（汇编语言程序员）、操作系统虚拟机级（系统管理员）、机器语言机器级（机器语言程序员）

程序开发和执行的过程

1. 某种语言编制源程序

2. 用语言处理程序（编译程序或汇编程序）将源程序翻译成机器语言目标程序

3. 启动目标程序执行时，操作系统将指令和数据装入内存，从第一条指令开始执行

4. 每条指令执行过程为：取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果、PC指向下一条指令

5. 可执行程序由若干条指令组成，CPU周而复始执行一条一条指令，直到程序所含指令全部执行完为止

各种性能参数之间的关系

• 时钟周期和始终频率互为倒数

• CPU执行时间=CPU时钟周期数*时钟周期

• CPU时钟周期数=程序所含指令条数*程序的CPI

• CPI：执行一条指令所需时钟周期数

基本术语解释

• 系统软件：介于计算机硬件和应用程序之间的各种软件，包括操作系统，语言处理系统，数据库管理系统等

• 响应时间（response time）：从作业开始到作业完成时间

• 吞吐率（throughput）:在一定时间内完成的工作量

• 计算机执行指令每一步都要有相遇的控制信号控制，CPU的主脉冲信号，其传毒就是时钟周期

• CPI(cycle per instruction)：执行一条指令所需的平均时钟周期个数

• MIPS(Million Instruction Per Second):每秒执行多少百万条指令

• 峰值MIPS：选取一组指令组合，使得平均CPI最小