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第一章计算机系统概论
主讲教师：赵剑锋
本章内容
1.1计算机系统简介
1.1.1计算机的软硬件概念
1.1.2计算机系统的层次结构
1.1.3计算机组成和计算机体系结构
1.2计算机的基本组成
1.2.1码·诺依曼计算机的特点
1.2.2计算机的硬件框图1.2.3计算机的工作步骤
1.3计算机硬件的主要技术指标
1.3.1机器字长1.3.2存储容量1.3.3运算速度
1.4本书结构
介绍计算机的组成概貌及工作原理，旨在使读者对计算机总体结构有一个概括的了解，为深入学习后面各章打下基础。
1.1计算机系统简介
1.1.1计算机的软硬件概念
唐朔飞计算机组成原理视频网课全套考点二：
计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组所谓“硬件”，是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
所谓“软件”，它看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。通常把这些程序奇寓于各类媒体，它们通常存放在计算机的主存或辅存内。
由于“软件”的发展不仅可以充分发挥机器的“硬件”功能，提高机器的工作效率，而且已经发展到能局部模以人类的思维活动，因此在整个计算机系统内，“软件”的地位和作用已经成为评价计算机系统性能好坏的重要标志。当然，“软件”性能的发挥也必须依托“硬件”的支撑。
因此，概括而言，计算机性能的好坏取决于“软”、“硬”件功能的总和。
计算机的软件通常又可以分为两大类：系统软件和应用软件。
系统软件又称为系统程序，主要用来管里整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。它包括：标准程序库、语言处理程序（如将汇编语言翻译成机器语言的汇编程序或将高级语言翻译成机器语言的编译程序）、操作系统（如此处理系统、分时系统、实时系统）、服务程序（如诊断程序、调试程序、连接程序等）、数据库管里系统、网络软件等。
应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处程序、过程控制程序、事务管理程序等。
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1.1.2计算机系统的层次结构
现代计算机的解题过程如下。
通常由用户用高级语言编写程序（称为源程序），然后将它和据一起送入计算机内，再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序（称为目标程序），机器自动运行该机器语言程序，并将计算结果输出。其过程如图1.1所示。
1.1计算机系统简介
1.1.1计算机的软硬件概念
计算机系统“硬件”和“软件”两大部分
所谓“硬件”，是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
所谓“软件”，它看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。通常把这些程序奇寓于各类媒体，它们通常存放在计算机的主存或辅存内。
由于“软件”的发展不仅可以充分发挥机器的“硬件”功能，提高机器的工作效率，而且已经发展到能局部模以人类的思维活动，因此在整个计算机系统内，“软件”的地位和作用已经成为评价计算机系统性能好坏的重要标志。当然，“软件”性能的发挥也必须依托“硬件”的支撑。
因此，概括而言，计算机性能的好坏取决于“软”、“硬”件功能的总和。
计算机的软件通常又可以分为两大类：系统软件和应用软件。
系统软件又称为系统程序，主要用来管里整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。
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它包括：标准程序库、语言处理程序（如将汇编语言翻译成机器语言的汇编程序或将高级语言翻译成机器语言的编译程序）、操作系统（如此处理系统、分时系统、实时系统）、服务程序（如诊断程序、调试程序、连接程序等）、数据库管里系统、网络软件等。
应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处程序、过程控制程序、事务管理程序等。
1.1.2计算机系统的层次结构
现代计算机的解题过程如下。
通常由用户用高级语言编写程序（称为源程序），然后将它和据一起送入计算机内，再由计算机将其翻译成机器能识别的机器语言程序（称为目标程序），机器自动运行该机器语言程序，并将计算结果输出。其过程如图1.1所示。
实娇上，早期的计算机只有机器语言（用0、代码表示的语言），用户必须用二进制代码（0、1）来编写程序（即机器语言程序）。
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这就要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编与程序难度很大，操作过程也极容易出错。但用户编写的机器语言程序可以直接在机器上执行。直接执行机器语言的机器称为实际机器M1，如图1.2所示。
20世纪50年代开始出现了符号式的程序设计语言，即汇编语言。它用符号ADD、SUB、MUL、DIV等分别表示加、减、乘、除等操作，并用符号表示指令或数据所在存储单元的地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错的二进制代码来编与程序。
但是，实际上没有一种机器能直接识别这种汇编语言程序，必须先将汇编语言程序翻译成机器语言程序，然后才能被机器接受并自动运行。这个翻译过程是由机器系统软件中的汇编程序来完成的。
如果肥具有翻译功能的汇编程序的计算机看做一台机器M2，那么，可以认为M2在M1之上，用户可以利用M2的翻译功能直接向M2输入汇编语言程序，而M2又会将翻译后的机器语言程序输入给M1，M执行后将结果输出。因此，M2并不是一台实际机器，它只是人们感到存在的一台具有翻译功能的机器，称这类机器为虚机。这样，整个计算机系统便具有两级层次结构，如图1.3所示。
尽管有了虚纵机M，使用户编程更为方便，但从本质上看，汇编语言仍是种面向实际机器的语言，它的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）—对因此，使用汇编语言编与程序时，仍要求程序员对际机器M.的内部组成和指令系统非常熟悉，也就是说，程序员必须经过专门的训练，否则是无法操作计算机的。
另一方面，由于汇编语言摆脱不了实际机器的指令系统，因此，汇编语言没有通用性，每台机器必须有一种与之相对应的汇编语言。这使得程序员要拿握不同机器的指令系统，不利于计算机的广泛应用和发展。
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20世纪60年代开始先后出现了各种面向问题的高级语言，如FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等。这类高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性。
程序员完全不必了解、掌握实际机器M的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要拿握这类高级语言的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程，这给程序员带来了极大的方便。
当然，机器M，本身是不能识别高级语言的，因此，在进入机器M运行前，必须先将高级语言程序翻译成汇编语言程序（或其他中间语言程序），然后再将其翻译成机器语言程序；也可以将高级语言程序商接翻译成机器语言程序。
这些工作都是由虚拟机器M1来完成的，对程序员而言，他们并不知道这个翻译过程。由此又可得出具有三级层次结构的计算机系统，如图1.4所示。
通常，将高级语言程序翻译成机器语言程序的软件称为翻译程序。翻译程序有两种：一种是编译程序，另一种是解释程序。
编译程序是将用户编写的高级语言程序（源程序）的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。因此；只要源程序不变，就无须再次：进行翻译。例如，FORTRAN、PASCAL等语言就是用偏译程序来完成翻译的。
解释程序是将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的一条语句，并且立即执行这条语句，接着翻译源程序的下一条语句，并执行这条语句，如此重复直至完成源程序的全部翻译任务。它的特点是翻译一次执行一次，即使下一次重复执行该语句时，也必须重新翻译。例如，BA SIC语言的翻译就有解释程序和编译程序两种。
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