[笔记]组成原理_计算机系统概述
计算机系统的层次结构
硬件和软件系统共同构成了一个完整的计算机系统。
冯·诺依曼机的基本思想——“存储程序”
其特点如下：
- 采用存储程序的工作方式。
- 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五大部件组成。
- 指令和数据以同等地位存储在存储器中，形式上没有区别，但计算机应能区分它们。
- 指令和数据均用二进制代码表示，指令由操作码和地址码组成。操作码指出操作的类型，地址码指出操作数的地址。
“存储程序”的基本思想是：将预先编制好的程序和原始数据送入主存后才能执行，一旦程序被启动执行，就无需操作人员的干预。计算机会自动逐条执行指令，直至程序执行结束。
冯·诺依曼机的基本工作方式是：控制流驱动方式。
冯·诺依曼机区分指令和数据的依据是：指令周期的不同阶段。
根据“存储程序”的基本思想，计算机应具有的5大功能：数据传送功能、数据存储功能、数据处理功能、操作控制功能、操作判断功能。
计算机的功能部件
输入设备
键盘、鼠标、扫描仪、摄像机什么的。
输出设备
最常用、最基本的输出设备是显示器、打印机。
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能直接访问的存储器是主存储器。
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。
每个存储单元可以储存一串二进制代码，称这串代码为存储字，存储字长可以是1B（8bit）或是字节的偶数倍。
MAR地址寄存器用于寻址，其位数对应存储单元的个数，如10位MAR意味着有1024个存储单元。MAR的长度与PC的长度相等。
MDR的位数和存储字长相等，一般为字节的2次幂的整数倍。
（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。另外，高速缓存Cache也存在于CPU中。）
关于CPU存取速度：寄存器＞Cache＞内存。
相联存储器：既可以按地址寻址又可以按内容寻址。
运算器
是计算机的执行部件，用于执行算术运算和逻辑运算。
运算器的核心是算术逻辑单元（ALU）。运算器包含若干通用寄存器用于暂存操作数和中间结果，如累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基址寄存器（BR）等，其中前3个寄存器是必须具备的。
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，如结果是否溢出、有无产生进位或借位、结果是否为负等。
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。
一般将运算器和控制器集成到同一个芯片上称为中央处理器(CPU)。
计算机软件
按功能分类，分为系统软件和应用软件。
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。
从源程序到可执行文件
预处理阶段→编译阶段→汇编阶段→链接阶段
计算机的性能指标
字长
指计算机进行一次整数运算（即定点整数运算）所能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数、加法器有关，因此一般等于内部寄存器的大小。计算机字长通常选定为字节（8bit）的整数倍。
数据通路带宽
数据总线一次所能并行传送信息的位数。
运算速度
吞吐量（系统在单位时间内处理请求的数量，取决于信息能多快地输入内存）
主频和CPU时钟周期（CPU时钟周期是CPU中最小的时间单位，执行指令的每个动作至少需要一个时钟周期）
CPI（执行一条指令所需的时钟周期数，与系统结构、指令集、计算机组织有关，但与时钟频率无关。）
MIPS（每秒执行多少百万条指令）
MFLOPS（每秒执行多少百万次浮点运算，10的6次方）
- GFLOPS（10的9次方）
- TFLOPS（10的12次方）
- PFLOPS（10的15次方）
- EFLOPS（10的18次方）
- ZFLOPS（10的21次方）
基准程序
专门用来进行性能评价的一组程序。
使用基准程序的缺陷：基准程序的性能可能与某一小段短代码密切相关，而硬件系统设计人员或编译器开发者可能会针对这些代码片段进行特殊的优化，使得执行这段代码的速度非常快，以至于得不到准确的性能评测结果。
