一、概述
- 计算机系统有硬件和软件组成。
- 计算机软件通常包括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。
- 主要包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务程序(诊断程序、调试程序、连接程序等)、数据库管理系统、网络软件等。
- 计算机硬件可直接执行的是机器语言。
简称必知：
| ACC | 累加器 |
| ALU | 运算器 |
| CU | 控制单元 |
| PC | 程序计数器 |
| IR | 指令寄存器 |
二、计算机系统的层次结构
- 微程序级：第0级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序，一般是直接由硬件执行的。
- 传统机器级：第1级是传统机器级，这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。
- 操作系统级：第2级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。
- 汇编语言级：第3级是汇编语言级，这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
- 高级语言级：第4级是高级语言级，这级的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
- 注：一条机器指令就是一个微程序。
三、计算机组成和计算机体系结构
1.计算机体系结构——侧重软件
- 计算机体系结构是指那些能被程序员所见到计算机系统的属性，即概念性的结构和功能特性。
- 计算机体系结构的属性通常是指用机器语言编程的程序员(也包括汇编语言程序设计者)所看到的传统机器的属性，
- 包括指令集、数据结构、存储器寻址技术、I/O机理等。
2.计算机组成——侧重硬件
计算机组成是指如何实现计算机体系结构中所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
四、计算机硬件的主要指标
- 机器字长：CPU一次能处理数据的位数（参与运算的数的基本位数），通常与CPU的寄存器位数有关。
- 存储容量：应该包括主存容量和辅存容量。
- 运算速度
- 存储器内有两个寄存器：MAR（存地址）和 MDR（存数据）。
- MAR的位数反映存储单元的个数，MDR的位数反映存储字长。
- 主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。即 存储容量 = 存储单元个数 x 存储字长。
- 辅存容量通常用字节数来表示。
- 主频：(时钟频率)表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度，即每秒内CPU执行的周期数
- CPU的时钟周期：主频的倒数，CPU中最小的时间元素，每个动作至少要一个时钟周期。
- 主频 = 时钟周期数 / s
- CPI: 指每条指令执行所用的时钟周期数。
- IPC: 指每个时钟周期内执行的指令数。CPI= 1/IPC
- MIPS（百万条指令每秒）: 用于衡量定点运算的运算速度。
- FLOPS（浮点运算次数每秒）: 用于衡量浮点运算的运算速度。
例子：程序P在机器A上运行需10 s,机器A的时钟频率为400MHz，现在要设计一台机器B，希望该程序在B上运行只需6 s。机器B时钟频率的提高导致了其CPI的增加使序P在机器B上时钟周期数是在机器A上的1.2倍，机器B时钟频率达到A的多少倍才能使程序P在B上执行速度是A机器10/6=1.67倍?
- CPU时间A=时钟周期数A/时钟频率A
- 时钟周期数A=10 sec x 400MHz = 4000M个
- 时钟频率B=时钟周期数B/CPU时间B=1.2*4000M/6sec=800MHz
五、提高计算机系统速度的因素
- 提高计算机系统速度的因素一提高CPU的时钟频率
- 优化数据通路结构，解决速度瓶颈可以提高计算机系统的吞吐量，从而加快程序的执行速度。
- 对程序进行编译优化，可以提高程序的执行效率，刍短程序的执行时间。
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