📚 第1章 计算机系统概述（结构化精炼版）
🧠 一、计算机系统组成
- 硬件：实际的物理设备
- 软件：运行在硬件上的程序与数据
👉 总结：
计算机系统 = 硬件 + 软件
🧩 二、冯·诺依曼体系结构
⭐ 五个基本特征
-
存储程序思想
→ 程序和数据都存放在内存中，CPU按顺序自动执行
-
五大部件结构
- 运算器：负责算术和逻辑运算
- 控制器：负责指挥各部件协同工作
- 存储器：存储程序和数据
- 输入设备：向计算机输入信息
- 输出设备：输出计算结果
-
指令与数据同存储
→ 在存储器中形式一致，仅在执行时区分
-
二进制表示
→ 所有信息都用0和1表示
-
指令 = 操作码 + 地址码
- 操作码：说明做什么操作
- 地址码：指出操作数位置
🔄 三、指令执行流程
取指→译码→执行→更新PC 取指 → 译码 → 执行 → 更新PC 取指→译码→执行→更新PC
进一步数据流：
PC→MAR→内存→MDR→IR→执行 PC → MAR → 内存 → MDR → IR → 执行 PC→MAR→内存→MDR→IR→执行
🏗 四、CPU结构
CPU = 运算器 + 控制器
📌 运算器
- ALU：算术逻辑单元，执行加减乘除和逻辑运算
- ACC：累加器，暂存运算结果
- MQ：乘商寄存器，存放乘除运算的中间结果
- PSW：状态寄存器，记录运算状态（如进位、溢出）
📌 控制器
- PC：程序计数器，存放下一条指令地址
- IR：指令寄存器，存放当前指令
- CU：控制单元，负责发出控制信号
⚙️ 五、存储系统
- 主存：CPU可以直接访问的存储器
- 辅存：需要调入主存后才能访问
📌 关键寄存器
- MAR：存储访问地址，位数决定地址空间大小
- MDR：存储数据，位数决定存储字长
🧮 六、程序转换过程
预处理→编译→汇编→链接 预处理 → 编译 → 汇编 → 链接 预处理→编译→汇编→链接
说明：
- 预处理：处理宏、头文件
- 编译：转为汇编代码
- 汇编：转为机器代码
- 链接：生成可执行文件
🧠 七、语言分类
- 机器语言：直接执行的二进制指令
- 汇编语言：用助记符表示机器指令
- 高级语言：更接近人类语言（如C、Java）
⚖️ 八、软件与硬件关系
- 软件：实现灵活，但速度较慢
- 硬件：执行速度快，但不灵活
👉 核心：
两者在功能上是等价的
📊 九、性能指标
CPU执行时间
CPU时间=指令数×CPI÷主频 CPU时间 = 指令数 × CPI ÷ 主频 CPU时间=指令数×CPI÷主频
说明：
- 指令数：程序包含的指令数量
- CPI：每条指令平均需要的时钟周期数
- 主频：CPU每秒的时钟周期数
主频与时钟周期
主频=1/时钟周期 主频 = 1 / 时钟周期 主频=1/时钟周期
IPS
IPS=主频/CPI IPS = 主频 / CPI IPS=主频/CPI
FLOPS
→ 表示浮点运算能力（常用于科学计算）
吞吐量 vs 响应时间
- 吞吐量：单位时间处理任务数量
- 响应时间：完成一次任务所需时间
⚠️ 十、关键理解点
- PC：下一条指令地址
- IR：当前指令内容
- 主频高不一定性能高
- 机器字长表示CPU一次处理的数据位数