ComputerOrganization:Chapter01-计算机系统概论
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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）五大部件组成；
- 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。