“ComputerOrganization:Chapter01-计算机系统概论”的版本间的差异
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+ | 现代计算机可认为由三大部分组成:中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、I/O设备、主存储器。 |
2021年9月30日 (四) 08:59的版本
计算机系统(Computer System)简介
计算机系统的软、硬件
- 硬件(Hardware):是指计算机的实体部分,它由“看得见、摸得着”的各种电子元器件,各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外部设备等。
- 软件(Software):“看不见摸不着”,由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。通常又可以分为两大类:系统软件和应用软件。
- 系统软件:又称系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,高效运行。一般包括标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务程序、数据库管理系统、网络软件等。
- 应用软件:又称应用程序,它是用户根据任务需要所编制的各种程序,如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序等。
计算机系统=硬件+软件=硬件+系统软件+应用软件
在计算机的发展历史上,硬件和软件是互相促进发展的。硬件提供的环境推动软件的发展;软件发展的需求拉动硬件的进步。
- 摩尔定律(Moore's Law):集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。
- 安迪比尔定律(Andy and Bill's Law):“Andy gives, Bill takes away.”,即硬件提高的性能,很快被软件消耗掉了。
计算机解决问题步骤
- 将高级语言程序输入计算机;
- 计算机将高级语言翻译为目标程序;
- 计算机执行目标程序;
- 返回程序输出结果。
计算机系统层次
- $M_3$:高级语言程序经由编译生成汇编语言程序;
- $M_2$:汇编语言在操作系统虚拟层辅助下生成机器语言;
- $M_1$:机器语言在实际机器上被翻译成处理器微指令;
- $M_0$:微指令在处理器上直接执行。
- 实际机器:直接执行机器语言的机器。
- 虚拟机(Virtual Machine):软件实现的机器。
- 编译(Compile)程序:先将高级语言程序翻译成机器指令程序,再执行程序。
- 解释(Interpret)程序:一边将高级语言程序语句翻译成机器指令,一边执行机器指令。
计算机组成和计算机体系结构
- 计算机体系结构(Computer System Architecture):机器语言程序员所看到的机器的属性。
- 计算机组成(Computer Organization):如何实现计算机体系结构所体现的属性。
- 品牌机/系列机:由同一厂家生产的,具有相同的体系结构,不同的计算机组成。
- 兼容机:由不同厂家生产的,具有相同的体系结构,不同的计算机组成。
计算机的基本组成
冯·诺依曼计算机(Von Neumann Machine)的特点
- 计算机由运算器(Processor)、存储器(Memory)、控制器(Controller)、输入设备和输出设备(I/O)组成;
- 指令和数据以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访;
- 指令和数据均用二进制数表示;
- 指令由操作码和地址码组成。操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;
- 指令在存储器内按顺序存放。通常,指令是顺序执行的,在特定条件下,可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
- 以运算器为中心,输人输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
- 以运算器为中心:指令和数据统统都要经过运算器,这种结构,注定了运算器会成为一个瓶颈。另外,有时候运算器仅仅起到了输入/输出设备与存储器之间的一个中转作用。因此,现代的计算机,一般是以存储器为中心的结构。
计算机硬件框图
- 运算器:完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内。
- 存储器:存放数据和程序。
- 控制器:控制、指挥程序和数据的输人、运行以及处理运算结果。
- 输入设备:将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等。
- 输出设备:将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式,如打印机输出、显示器输出等。
现代计算机可认为由三大部分组成:中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、I/O设备、主存储器。