计算机系统概述总结

机器字长：CPU一次整数运算所能处理的二进制数的位数
存储程序：指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束。

冯诺依曼计算机的特点：
1.计算机由五大部件组成
2.指令和数据以同等地位存于存器，可按地址寻访
3.指令和数据用二进制表示
4.指令由操作码和地址码组成
5.存储程序
6.以运算器为中心（输入/输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成）

现代计算机以存储器为核心

现代计算机组成：CPU=运算器+控制器
运算器：算术逻辑运算
控制器：指挥各部件，使程序运行
主存储器：存放数据和程序
输入设备：将信息转换为机器能识别的形式
输出设备：将信息转换为人类能识别的形式

主存组成：
存储体：存储元、存储单元、存储字、存储字长、地址
地址寄存器MAR:用于指明要读／写哪个存储单元。其位数反映存储单元数量
数据寄存器MDR：用于暂存要读写的数据。其位数=存储字长

存储元：即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit
存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码
存储字长：存储单元中二进制代码的位数
存储字:存储单元中二进制代码的组合

运算器组成：
累加寄存器ACC:存放作数、运算的结果
乘商寄存器MQ：进行乘、除法时用得到
通用寄存器X：存放操作数
算数逻辑元ALU:用电路实现各种算数运算、逻辑运算

控制器组成：
程序计数器PC:存放下一条指令的地址
指令寄存器IR:存放当前执行的指令
控制单元CU:分析指令，给出控制信号

指令由操作码和地址码组成；是机器语言

执行一条指令的过程：1.取指令PC；2.分析指令CU；3.执行指令CU
取数指令：
PC将指令的地址发给MAR
主存根据地址找到指令并放到MDR
MDR将指令给IR
IR将指令的操作码部分CU
CU分析指令为取数
IR将指令的地址码部分发给MAR
主存根据地址找到操作数并放到MDR
MDR将指令给ACC
PC+1

乘法指令：
前提：CU分析是乘法指令
IR将操作数地址给MAR
主存将操作数放到MDR
MDR将操作数给乘商寄存器MQ
ACC将操作数给通用寄存器X
MQ和X将操作数通过ALU运算后存到ACC中

加法指令：
前提：CU分析是加法指令
IR将操作数地址给MAR
主存将操作数放到MDR
MDR将操作数给通用寄存器X
ACC和X将操作数通过ALU运算后存入ACC

存数指令：
前提：CU分析是存数指令
IR将要存的地址给MAR
ACC将操作数给MDR
MDR按照MAR存入存储体中

停机指令：
CU分析是停机指令
利用中断机制通知操作系统终止该进程

CPU区分指令和数据的依据：指令周期的不同阶段（分析指令前的步骤都是一样的，执行指令时的步骤不一样）

计算机系统的层次结构：
微指令系统—机器语言的机器—操作系统机器—汇编语言机器——高级语言机器

高级语言机器：用编译程序翻译成汇编语言（C/C++/JAVA）
汇编语言机器：用汇编程序翻译成机器语言（助记符）
操作系统：向上提供“广义指令”如系统调用
机器语言：二进制机器指令（0001110101）
微指令：直接由硬件执行的指令

编译程序：将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言程序（只需翻译一次）
解释程序：将程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句，并立即执行。紧接着再翻译下一句（每次执行都要翻译）JavaScript、Python、Shell

存储容量=MAR×MDR
MAR位数反映存储单元的个数（最多支持多少个）
MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小

CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率。
CPU时钟周期:单位：微秒、纳秒
CPU主频（时钟频率）=1÷CPU时钟周期；单位：赫兹Hz
CPI：执行一条指令所需的时钟周期数
执行一条指令的耗时=CPI×CPU时钟周期
CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=（指令条数*CPI)/主频
IPS：每秒执行多少条指令；IPS=主频/平均CPI
FLOPS：每秒执行多少次浮点运算

K=千=10的3次方
M=百万=10的6次方
G=十亿=10的9次方
T=万亿=10的12次方

数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数（各硬件部件通过数据总线传输数据）

吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。它取决于信息能多快地输入内存，CPU能多快地取指令，数据能多快地从内存取出或
存入，以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。
响应时间：指从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。通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访问、存储
器访问、IO操作、操作系统开销等时间）。

基准程序：测量计算机处理速度的实用程序