计算机组成原理——计算机系统概述

一、计算机系统层次结构

（一）计算机系统的基本组成

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统共同构成。

• 硬件指有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称。
• 软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。

（二）计算机硬件的基本结构

1. 冯·诺依曼机的基本思想

冯·诺依曼在研究EDVAC机时提出了“存储程序的概念”，“存储程序”的思想奠定了现代计算机的基本结构，以此概念为基础的计算机统称为冯·诺依曼机，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5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，但计算机能区分它们。
• 指令和数据均由二进制代码表示。
• 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。

总结来说，基本思想是：将预先编写好的程序和数据送到主存中才能执行，一旦程序启动执行，计算机便会逐条执行指令，直至程序执行结束。

2. 计算机的功能部件

1. 输入设备
   主要功能是将程序和数据以计算机能识别和接受的信息形式输入计算机。最常用的也是最基本的输入设备是键盘，此外还有鼠标、扫描仪、摄像机等。
2. 输出设备
   主要功能是将计算机程序处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统要求的信息形式输出。最常用、最基本的输出设备是显示器、打印机。
3. 存储器
   存储器分为主存储器和(也称内存储器或主存)和辅助存储器(也称外存储器或外存)。CPU能直接访问的存储器是主存储器。辅助存储器容量通常大于主存储器，并可实现断电存储，可以帮助主存存储更多内容。辅助存储器中的信息必须调入主存储器之后CPU才可进行访问。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。
4. 运算器
   运算器是计算机的执行部件，用于进行算术运算(如加、减、乘、除)或逻辑运算(如与、或、非、亦或、比较、移位)。运算器的核心是算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit, ALU)。
5. 控制器
   控制器是计算机的指挥中心，控制各部件协调工作，由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)和控制单元(CU)组成。

输入与输出设备(简称I/O设备)是计算机与外界联系的桥梁，是计算机中不可缺少的重要组成部分。

（三）计算机软件和硬件的关系

（四）计算机系统的工作原理

“存储程序”工作方式，高级语言程序与机器语言程序之间的转换，程序和指令的执行过程。

二、计算机的性能指标

吞吐量、响应时间;CPU 时钟周期、主频、CPI、CPU 执行时间;MIPS、 MFLOPS 、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS。