第一章：1.计算机硬件的基本组成

1.１ 计算机系统层次结构

1.１.1 计算机系统的组成

硬件系统和软件系统共同构成一个完整的计算机系统。

1.１.１ 计算机硬件

1. “存储程序”的思想奠定了现代计算机的基本结构

   1. “存储程序”：将指令以二进制的形式事先输入计算机的主存储器，然后按照输入顺序来执行指令。

2. 早期冯诺依曼机
   
   在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的,对于乘法运算可以使用一个专门的硬件电路来实现乘法，也可以使用软件的方式，用多次加法来实现乘法。

3. 冯诺依曼机的特点：

   • 计算机由五大部件组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器
   • 指令和数据以同等地位存储于存储器中，可按地址寻址
   • 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

4. 现代计算机
   现代计算机以存储器为中心
   CPU=运算器+控制器
   主机=CPU+主存

5. 各个硬件的工作原理
   1.主存储器的基本构成
   

   • 存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码
   • 存储字（word）：存储单元中二进制代码的组合
   • 存储字长：存储单元中二进制代码的个数
   • 存储元：存储二进制的电子元件，每个存储元存储1bit
     MAR位数反应存储单元的个数，例如：MAR＝４位－－＞共有１６个存储单元
     MDR位数反应存储单元的大小例如：MDR＝１６位－－＞每个存储单元可以存放１６ｂｉｔ，一个字（word）＝１６ｂｉｔ

6. 计算机系统的层次结构
   从低到高：微指令机器m0(微指令系统)-->传统机器m1(使用机器语言)-->虚拟机器m2(操作系统机器)-->虚拟机器m3(汇编语言机器)-->虚拟机器m4(高级语言机器)
   三种语言：机器语言、汇编语言、高级语言
   编译程序：将高级语言编写的源程序的全部语句一次性的全部翻译为机器语言程序，而后再执行机器语言程序（只需要翻译一次）
翻译程序：将源程序的一条语句翻译为机器语言的语句，并立即执行。之后每次翻译一句。（每次执行都要翻译）

7. 计算机的性能指标

   • CPU主频（时钟频率）= 1/CPU时钟周期
     CPU主频：一秒可以有多少时钟周期,单位是HZ
   • CPI：执行一条指令要消耗的时钟周期数
   • 执行一条指令的耗时=CPI*CPU时钟周期
   • CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=（指令条数CPI）/主频=总花费时钟周期数时钟周期
   • IPS：每秒执行多少条指令 IPS=主频/平均CPI
   • FLOPS：每秒执行多少次浮点运算
   • 数据通路带宽：数据总线一次能并行传送的位数（各硬件部件通过数据总线传输数据）
   • 吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量
   • 响应时间：用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并的得到想要结果的等待时间
     主频高的CPU不一定比主频低的CPU快，CPU的快慢也和支持的指令系统有关