1.
计算机系统的构成：
a. 由软硬件两大部分组成；
b. 硬件：是指实体部分，通常指主机（MPU、内存及其支持部件）、接口、外设这些看得见摸得着的东西；
c. 软件：是指程序和相关附件（程序的产品说明、使用说明等），软件不仅能充分调动硬件的功能而且能局部模仿人类思维，因此软件也是评价系统好坏的重要标志；
d. 软件通常分为两大类：
i. 系统软件：底层软件，和相应的硬件紧密相连，通用性较差，基于硬件平台，主要有这几类：
*1. 标准程序库：例如开机启动程序BIOS；
*2. 语言处理程序：特指汇编以及
高级语言编译器；
*3. 操作系统：有
批处理、分时、实时等类型；
*4. 服务程序：例如连接、诊断、调试程序等；
*5. 数据库管理程序：基于操作系统，又低于
应用程序；
*6. 网络通信程序等；
ii. 应用软件：位于最高层次，基于系统软件，比如游戏软件、事务管理软件、
文本编辑器等；
举例：比如游戏里的存档功能就是调用了操作系统提供的文件写入功能，因此游戏软件是基于操作系统的；
2. 计算机系统的层次结构：
a. 三级层次结构：
第三级（最高级）
虚拟机M3（高级语言机器）
实质是编译器，将高级语言编译成
汇编语言再传给M2执行，
从外部看上去就是一台可以直接运行高级语言的机器，将M2的功能隐藏了
第二级 虚拟机M2（汇编语言机器）
实质也是编译器，将汇编语言编译成
机器语言再传给M1执行，
从外部看上去就是一台可以直接运行汇编语言的机器，将M1的功能隐藏了
第一级（最底层） 实际机器M1（机器语言机器）
可以直接运行机器语言程序
b. 严格来讲以上虚拟机都属于翻译程序，通常翻译程序可以分为两类：
i. 编译型：就像a.中的结构，直接将
源程序最终全部翻译成可直接在M1上运行的机器语言，程序一次性执行；
ii. 解释型：直接运行源程序，而且是一条一条执行源程序中的语句，只不过是每执行一条就将其翻译成可直接在M1上运行的机器语言，即翻译一次执行一次，即使下一次重复执行该语句也必须得走该流程，这种层次结构就只有两层；
注：该过程同样也是三层结构的，相当于M3每执行一次高级语言就将其先翻译成汇编语言，再翻译成机器语言最后再执行，这种模式更加贴近人的思维，就好像真的在执行高级语言一样，并且是“一条一条执行高级语言”的；
c. 四级层次结构：就是讲第一层再向下分解出一个微程序机器，又因为实际机器和微程序机器都是实际机器，因此将第一层的实际机器改称为传统机器以示区别
第一层 传统机器M1
还是机器语言机器
将每一条机器指令按照不同的部分分解成更小的原子操作，即按照“指令类型+操作数1+操作数2”的形式进行分解，
分解成更小的一组微指令，再将不同类型的微指令传给相应的M0直接运行，例如一条机器指令（为了方便，用汇编
语言描述）”MOV AL,X;“，将其分解成更小的三条微指令MOV、AL、X，分别为移动指令、寻找
寄存器存储单元的寻址
指令和寻找内存存储单元的寻址指令，然后将这三个微指令交由各自相应的微程序机器运行（分别交由移动控制单元、
寄存器寻址控制单元和内存寻址控制单元来运行），这样就将实际机器M1分解成了若干更小的微程序机器M0，这更加
体现了分工合作的高效性；
第零层 微程序机器M0
微指令系统
可以直接运行各自的微指令，因此由机器指令分解而来的各条微指令可以看做更小的微程序
d. 五级层次结构：即在M1和M2（即机器机和汇编机之间）还应有一层虚拟机，即操作系统，因为它具有控制并管理计算机全部硬件资源的作用，因此上层虚拟机的很多实现都必须有操作系统支持，比如malloc需要有操作系统的内存映射来支持，但从高级语言角度来看malloc没有任何意义，操作系统不是翻译程序，而是上层程序的运行环境；
3. 从层次结构来划分软硬件：
a. 以操作系统为
分界线，上层虚拟机是软件的主要研究对象，而下层的传统机和微程序机是硬件的主要研究对象，组成原理主要的研究对象就是传统机和微程序机；
b. 软硬件界线并非一成不变，随着超大规模集成电路的发展出现了固件，即将软件永久存于
只读存储器中；
例如，现在已经实现部分操作系统的固化（固态
C盘），这样就省去了开机时将操作系统加载进内存的时间，MPU可以直接读操作系统中的内容，相当于一个专门存放操作系统的永久性内存；
4. 计算机系统结构和计算机组成的区别：
a. 计算机系统结构：
i. 即计算机系统的属性，比如指令系统、
数据类型、存储技术等；
ii. 是一种概念性的结构与功能；
iii. 只在程序员层面上可见，由于计算机系统具有多级层次结构，因此站在不同层次上的程序员所看到的计算机系统结构是不同的；
iv. 例如在C程序员看来完全相同的两种系统结构，但在汇编程序员看来可能完全不一样；
b. 计算机组成：
i. 是对于程序员来说是透明的（隐藏的）实现系统结构的硬件细节；
ii. 例如指令系统是一种结构问题，而如何用硬件实现（用什么电路、用那些器件进行组合）具体的指令系统就是计算机组成问题了；
c. 最为典型的例子：
厂商一般会生产同一系列不同型号的各种计算机，不同型号之间性能以及价格等会有较大的差别，但是这些型号的计算机上面开发的软件可以相互兼容；
其中同一系列就是指这些计算机的系统结构都是相同的，因此对于程序员来说其看到的系统属性都是相同的，因此开发的软件相互都可以兼容（从而使用户的软件投资不浪费），而不同型号就是指这些计算机组成互不相同，但是这些不同的组成都实现了相同的体系结构，不同组成使得其运行速度有较大差异，一些方面的性能可能不同，这样可以针对不同性能需求的用户提供同一种体系结构的产品；
目录
（一）计算机发展历程
（二）计算机系统层次结构
1. 计算机系统的基本组成
2. 计算机硬件的基本组成
3. 计算机硬件和软件的关系
4. 计算机的工作过程
（三）计算机性能指标
（一）计算机发展历程
1.世界上第一台电子数字计算机是1946年问世的ENIC（Electronic Numerical Integrator And Computer）。
2.根据计算机采用的电子器件可分为四类：
（1）第一代——电子管计算机
（2）第二代——晶体管计算机
（3）第三代——小、中规模集成电路（SSI，MSI）计算机
（4）第四代——大、超大规模集成电路（LSI，VLSI）计算机
（二）计算机系统层次结构
1. 计算机系统的基本组成
1.1 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。
1.2 早期的
冯·诺依曼机特点：
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码在存储器中的位置。
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。
机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
注：现代计算机以存储器为中心。
2. 计算机硬件的基本组成
2.1 计算机硬件的组成及作用：
运算器（ALU）：完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
存储器：存放数据和程序。
控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。
输出设备：将机器运行结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。
2.2 计算机软件的组成：
系统软件：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、计算机网络软件等。
应用软件（应用程序）：科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序、各种APP等。
2.3 说明
中央处理器（CPU）：运算器和控制器。
I/O设备：输入设备和输出设备。
地址寄存器（MAR）：存放欲访问的存储单元地址。
数据寄存器（MDR）：暂存要从存储器中读或者写的信息。
运算器：包含若干通用寄存器，如累计器（ACC）、乘商寄存器（MO）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基址寄存器（BR）、程序状态寄存器（PSW）等。
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）组成。
3. 计算机硬件和软件的关系
硬件和软件是一个完整的计算机系统互相依存的两大部分，它们的关系主要体现在以下几个方面。
硬件和软件互相依存：硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且充分发挥其硬件的各种功能。
硬件和软件无严格界线： 随着计算机技术的发展，在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。因此，硬件与软件在一定意义上说没有绝对严格的界面。
硬件和软件协同发展：计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切地交织发展，缺一不可。
4. 计算机的工作过程
计算机的工作过程可分为以下几个过程：
把程序和数据装入到主存储器中。
从程序的起始地址运行程序。
用程序的首地址从存储器中取出第一条指令，经过译码、执行步骤等控制计算机各功能部件协同运行，完成这条指令功能，并计算下一条指令的地址。
用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行，直到程序结束为止；每一条指令都是在取指、译码和执行的循环过程中完成的。
（三）计算机性能指标
机器字长：计算机进行一次整数运算（即定点整数运算）所能处理的二进制数据的位数。数的表示范围越大，计算精度越高。
数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数。
主存容量：主存储器所能存储信息的最大容量，用字节或字数×字长表示。MAR的位数反映了存储单元的个数。
如：MAR为16位，则有216 个存储单元（即64K内存，1K=1024），若MDR为32位，表示存储容量为64K×32位。
运算速度：
（1）吞吐量和响应时间
吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量，主要取决于主存的存取周期。
响应时间：用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要 的 结果的等待时间。
（2）主频和CPU时钟周期
主频（CPU时钟频率）：机器内部主时钟的频率，即CPU时钟周期的倒数，常以MHz为单位，1MHz表示每秒1次。
CPU时钟周期：通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，是CPU中最小的时间单位。
（3）CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数。
（4）CUP执行时间：运行一个程序所花费的时间。
CUP执行时间 = CPU时钟周期数 / 主频 = (指令条数 × CPI）/ 主频
（5）MIPS、MFLOPS、GFLOPS和TFLOPS
MIPS：每秒执行多少百万条指令。
MIPS = 指令条数 / (执行时间 × 106）= 主频 / CPI
MFLOPS：每秒执行多少百万次浮点运算。
GFLOPS：每秒执行多少十亿次浮点运算。
TFLOPS：每秒执行多少万亿次浮点运算。