计算机系统概述

  • 计算机的5个逻辑模块
  • 冯·诺依曼体系
  • 计算机系统的层次结构
  • 硬、软件系统层次结构
  • 计算机系统的性能指标


计算机的5个逻辑模块

运算器
控制器
存储器
输入/输出

运算器和控制器，集成在CPU中

冯·诺依曼体系 

用二进制代码表示程序和数据
采用存储程序的工作方式

奠定了现代电子计算机的理论基础

计算机系统的层次结构

硬件
CPU

运算器：完成算术和逻辑运算，由ALU（算术逻辑单元，以全加器为核心）构成
控制器：产生控制命令（微命令）控制全机操作，由微命令发生器构成

存储器

存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路组成一个存储单元，许多存储单元组成一个存储器
地址：每个存储单元的编号
存储容量：存储器所有存储单元的总数
内存储器（主存）：存储直接为CPU提供服务的数据和程序，由半导体存储芯片构成，工作速度快，存储容量小
外存储器（辅存）：存储容量很大的辅助存储器（磁盘、光盘），工作速度慢

输入/输出设备：转换输入/输出信息

总线（Bus）：能为多个部件分时共享的一组信息传送通路

数据总线（Data Bus）
地址总线（Address Bus）
控制总线（Control Bus）

接口：外设和总线的连接部件

※计算机硬件的典型架构

微型计算机：南-北桥架构
小型计算机：多处理器架构
超级计算机：集群式架构

软件

系统程序
应用程序

硬、软件系统层次结构

软件部分

系统分析级
用户程序级
应用程序级
语言处理程序级
操作系统级

软硬分界面

机器指令级

硬件部分

微程序级
硬件逻辑级

计算机系统的性能指标

基本字长：一次数据操作的基本位数
运算速度

*外部频率（基频/系统时钟频率）：外频信号---(频率放大)--->其他部件（CPU、内存）
CPU主频=外频*倍频系数，CPU主频即CPU工作的时钟频率
IPS，每秒执行指令数
CPI，每个指令执行所需时钟周期，CPU执行不同指令的CPI不同
FLOPS，每秒执行浮点运算的次数

数据传输率

位宽：内存或显存的基本字长，物理含义：一次能传递的数据宽度
带宽=(位宽*工作频率)/8，单位：比特/秒，物理含义：单位时间内数据的传输量
※工作频率≠CPU主频

存储器的容量

※内存容量=可编址的存储单元个数(取决于总线地址码位数)*存储单元的位宽
※外存容量：外存储器能存储的最大数据量