计算机系统概论(1).doc

1.1 计算机系统简介 1.1.1 计算机的软硬件概念 1. 计算机系统由"硬件"和"软件"两大部分组成。 举例 硬件 硬盘、内存条、主板、CPU、显示卡、声卡、光驱、软驱、网卡等；软件 Windows XP、Windows98、Word、游戏软件、QQ等等。 2. "软件"的地位和作用 由于软件的发展，它不仅可以充分发挥计算机的"硬件"功能，提高计算机的工作效率 ，而且已经发展到能局部模拟人类的思维活动。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。 3. 计算机软件的组成 1.1.2 计算机系统的层次结构 1. 现代计算机的解题过程 . 一级层次结构的计算机系统（早期） 图1.2 实际机器M1 我们把直接执行机器语言的实际机器称M1。早期计算机中，人们直接用机器语言编写 程序，这种编写程序的方式称为手编程序。这种用机器语言书写的程序，计算机完全可 以"识别"并能执行，所以又叫做目标程序。但是用机器语言编写程序很繁琐，又耗费大 量的人力和时间，容易出错，出错后寻找错误也相当费事，这就大大限制了计算机的使 用。 3. 两级层次结构的计算机系统（20世纪50年代） 图1.3 具有两级层次结构的计算机系统 ¬ 第二级并不是一台实际机器，它只是一个具有能将汇编源程序翻译成机器语言的 软件程序，但我们完全可以把它看成是一台具有翻译功能的机器，因此取名虚拟 机M2。 ¬ 汇编语言：为了编写的程序方便翻译和提高机器的使用效率，人们把一些特定的 文字、符号和数字按规定的格式来表示各种不同的指令，然后再用这些特殊符号 表示的指令来编写程序，这就是汇编语言。 借助于汇编程序，计算机本身自动地把符号语言表示的程序(汇编源程序)翻译成用机 器语言表示的目的程序。 优点：用符号ADD、SUB、MUL、DIV等表示加、减、乘、除等操作，并用符号表示指令 或数据存储的地址，使程序员摆脱了繁杂易错的二进制代码编写程序。缺陷：仍要求程 序员对实际机器内部组成和指令系统非常熟悉；汇编语言与实际机器的指令系统联系紧 密，因此无通用性，阻碍了计算机的广泛使用。 4. 三级层次结构的计算机系统（20世纪60年代） 图1.4 具有三级层次结构的计算机系统 ¬ 第三级是一个具有能将高级语言源程序翻译成汇编语言的软件程序，但我们完全 可以把它看成是一台具有翻译功能的机器，因此取名虚拟机M3。 ¬ 高级语言：指按实际需要规定好的一套基本符号以及由这套基本符号构成的程序 规则。特点：比较接近数学语言，直观通用，与具体机器无关，只要稍加学习就 能掌握，便于推广使用计算机。优点：直观通用，与具体机器无关，易学易懂。 ¬ 翻译程序：用算法语言编写的程序称为源程序，这种源程序是不能由机器直接识 别和执行的，必须给计算机配备一个即懂算法语言又懂机器语言的"翻译"，才能 把源程序翻译为机器语言。 翻译程序又可分为编译程序和解释程序。注意： ¬ 计算机配置一套用机器语言写的编译程序，它把源程序翻译成目标程序，然后机 器执行目标程序，得出计算结果。但由于目标程序一般不能独立运行，还需要一 种叫做运行系统的辅助软件来帮助。通常，把编译程序和运行系统和称为编译系 统。 ¬ 使源程序通过所谓的解释系统进行解释执行，即逐个解释并立即执行源程序的语 句，它不是编出目的程序后再执行，而是直接逐一解释语句并得出计算结果。 5. 四级层次结构的计算机系统 图1.5 具有四级层次结构的计算机系统 实际机器M1向上延伸构成了各级虚拟机，同时也向下延伸形成了一级微程序机器M0， M0机器是直接将M1机器中的每一条机器指令翻译成一组微指令（即一个微程序），因此 M0可看成是对M1的分解，即用M0的微程序解释并执行M1的每条机器指令。 6. 多级层次结构的计算机系统 图1.6 具有多级层次结构的计算机系统 ¬ 操作系统：随着硬件和软件不断发展而逐渐形成的一套软件系统，用来管理计算 机资源和自动调度用户的作业程序，而使多个用户能有效地共用一套计算机系统 。 操作系统目前大致分为： a) a) 批处理操作系统 b) b) 分时操作系统 c) c) 网络操作系统 d) d) 实时操作系统 ¬ 操作系统为汇编和高级语言提供了所需的某些基本操作，还起到了控制并管理系 统硬件和软件全部资源的作用。 ¬ 从计算机系统的多级层次结构来看，可以将硬件研究的主要对象归结为传统机器 M1和微程序机器M0；软件的研究对象主要是操作系统以上的各级虚拟机。 1.1.3 计算机组成和计算机体系结构 1. 计算机体系结构：指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与 功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的机器的属性。 2. 计算机组成：指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包括了