1. コンピュータシステムの概要

1.1 コンピュータシステムの階層

(1)
コンピュータシステムは、ハードウェア的には、
演算装置、コントローラ、メモリ、入力装置、出力装置の5 つの機能要素に分けることができます。

動作原理、ロジック実装、設計方法、マシン全体を形成するための相互接続方法を中心に開発されます。

典型的なノイマン型マシンでは、データ線と制御命令の導通方向は次の図に示されています。
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演算ユニットとコントローラは CPU に統合されていることに注意してください。つまり、メモリと CPU のみが残っています。。

5 種類のハードウェアの機能について:
計算機: データの一時保存、変換、算術演算、および論理演算機能を完了します。
コントローラー: さまざまなコンピューターコンポーネントの協調動作のコマンドと制御を完了し、命令が規則に従って実行されることを保証します。あらかじめ決められた順序とステップ
メモリ : プログラムやデータを格納し、コンピュータのさまざまな情報の保管と交換の中心です。メモリは CPU および入出力デバイスと情報を交換できます
入力デバイス: 袁術データを入力し、そのデータを処理するプログラム。入力情報には、数字、文字、制御記号などが含まれます。
出力装置：コンピュータの処理結果を出力します。出力情報には英数字表とグラフィックが含まれます

ノイマン型マシンの特徴:

ハードウェアは演算器・コントローラ・メモリ入出力装置から構成されます。
プログラムとデータをバイナリコードで表現する
ストアドプログラム動作方式を採用しており、プログラムとデータをあらかじめ同じメモリ上に配置し、命令で構成されたプログラムを変更することができます。
命令は実行順序に従ってメモリに格納され、命令カウンタは実行される命令の単位アドレスを示し、通常は順番にインクリメントされます。
機械は電卓を中心としており、データ送信は電卓を経由します。
ノイマン型コンピュータの重要なアイデア: プログラムを格納し、アドレス順に実行する

(2) ソフトウェア
オブジェクト指向の違いにより、システムソフトウェアとアプリケーションソフトウェアに分けられます。

システムソフトウェア: システム指向。コンピュータシステム全体を管理し、システムリソースを合理的に割り当て、コンピュータの正常かつ効率的な動作を確保するために使用されます。
アプリケーションソフトウェア: ユーザー指向の、ユーザーの特別な要件に従ってコンパイルされたアプリケーションプログラム。このタイプのソフトウェアは通常、ユーザーの特定の種類の要件を実現します。

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1.2 コンピュータのパフォーマンス指標

基本語長: コンピュータでオペランドまたは命令を表すために使用される基本的な 2 進数を指します。

基本ワード長は、CPU が一度に処理できるデータ幅であり、加算器、レジスタのビット数、内部データバスの幅に関係します。
語長は精度を表し、語長が長いほど演算精度が高くなります。
ワード長はコンピュータの処理能力と計算パフォーマンスに影響します。
ワード長は通常、2、4、8 などのバイトの整数倍です。

計算速度: コンピューターの計算速度を反映しており、計算速度を測定するにはいくつかの異なる方法があります。

計算プロセスにおけるさまざまな種類の命令の頻度に応じて、さまざまな係数を掛けて統計的平均、つまり平均動作速度を取得します。
各命令の実際の実行時間を直接指定します
。注、動作速度を測定するための測定単位として MIPS および MFLOPS を使用します。

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いくつかの関連概念:
応答時間 (実行時間): イベントの開始からイベントの終了までの時間
メイン周波数 Fc: 各コンピューターには、メインクロックと呼ばれる固定周波数のクロックパルスを継続的に生成するデバイスがあります。CPU メインクロックの周波数は通常、マシンのメイン周波数と呼ばれ、コンピュータの速度を測定するための重要なパラメータです。
CPU クロックサイクル: CPU メイン周波数 Tc の逆数
CPI (命令ごとのサイクル): 命令の実行に必要な平均クロックサイクル数
CPU 実行時間: (合計時間はプログラム内の命令の合計数に等しい)命令の実行に必要なクロックサイクル数 CPI CPU 時間 Tc)
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$\frac {I_N}{T_{CPU } * 10^6} = \frac {I_N }{I_N * CPI * T_C * 10^6} = \frac {F_C}{CPI * 10^6}$