1.2.3 计算机系统的层次结构
表1.1 现代计算机层次结构及各层功能
层次序号 层次名称 工作内容
第五层 应用语言机器层 应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序
第四层 高级语言机器层 高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言程序
第三层 汇编语言机器层 汇编语言经汇编程序翻译成机器语言程序
第二层 操作系统机器层 用机器语言程序解释作业控制语句
第一层 传统机器层 微指令程序解释机器指令
第零层 微程序机器层 微指令直接由硬件执行
表中第五层是为计算机专门满足某种应用而设计的，如设计成专门用于管理、人工智能、图像处理、辅助设计等。这种虚拟机所用的语言是面向某种应该能用环境的应用语言。这些应用语言一般经程序包翻译成高级语言程序后再逐级向下实现。
第四层高级语言层是由各种高级语言组成的，诸如：C、C++、FORTRAN、Lisp、Pascal等。高级语言源程序的实现是先经过编译程序翻译成汇编语言或是机器语言程序再逐级向下实现的。
汇编语言层包含了一些汇编语言。汇编语言到机器语言的翻译则是一对一的翻译，也就是说一条汇编语言指令直接对应一条机器语言指令。
第三层操作系统软件层是用来处理计算机操作系统指令的。这一层负责多道程序、内存保护、进程同步和其他一些重要功能。通常汇编语言到机器语言的翻译不加修改地通过这一层。
第二层指令系统层，由能被特定结构的计算机系统识别的机器语言组成。在硬连线的计算机上，使用机器语言编写的程序可以不经过解释或编译直接被电子逻辑器件所执行。
第一层微体系结构层是控制器，控制器保证指令的正常译码执行以及将数据在正确的时间送到正确的地点。控制器逐次解释上一个层级传递给它的机器指令，并根据解释结果控制应该发生的动作。
第零层是数字逻辑层，在这一层包含了构成计算机系统的物理元、器件，例如逻辑门和连接电路等。
1.4 计算机性能指标
从不同的侧面看计算机，能够凸显出计算机不同方面的特点，对这些特点进行综合就可以对计算机有一个全面的认识。这些不同的特点也构成了计算机的性能指标。计算机的时间性能指标如下所示。
主频/ 时钟周期：CPU的工作节拍与主时钟有关，主时钟的频率也习惯称为CPU的主频。度量单位是MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。主频的倒数称为CPU时钟周期（T），T＝1/f，度量单位是微秒、纳秒等。
CPU执行时间表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间。CPU执行时间＝CPU时钟周期数×CPU时钟周期，
CPI表示执行某段程序中一条指令所需的平均时钟周期数。CPI＝程序所需总的时钟周期数÷程序包含的指令条数。
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。
常用的时间性能的计量单位有MIPS、MFLOPS。
MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数。MIPS＝(指令数/106）÷程序执行时间。
MFLOPS：每秒百万次浮点操作次数，用来衡量机器浮点操作的性能。MFLOPS＝(执行浮点指令操作条数/106 )÷程序执行时间。
度量一台计算机空间的性能指标如下：
处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数，如32位、64位。
总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线位数。
存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
另外，还有利用计算机系统利用率来衡量计算机综合性能指标。利用率是给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。其他的性能指标这里不再一一列举。