计算机系统概述

Posted 2020-11-22 zyh19980816

电子计算机：

? 是一种可以存储程序，并且通过执行程序指令，可以自动、高速、精确地对数字信息进行各种复杂处理，然后输出运算结果的高科技智能电子设备。

五个逻辑模块：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备

在计算机中用数字代码表示各种信息。

在物理机制上用数字信号表示数字代码。

信息数字化表示的优点：

? 物理上易实现信息的表示与存储；

? 抗干扰能力强，可靠性高；

? 数值的表示范围大，精度高；

? 可表示的信息类型广泛；

? 能用数字逻辑进行处理；

计算机的分类：模拟计算机和数字计算机（分为专用计算机 和 通用计算机）。

计算机的未来发展趋势：

? 巨型化、微型化、多媒体化、网络化、智能化

计算机系统的组织：

? 硬件：是指构成计算机系统的实体和装置之类的有形设备，是组成计算机系统的物质基础。

? 软件：是指由硬件所表达的各种内在信息，包括数据和控制程序。因为他们是无形的东西，所以称为软件或软设备。

主要功能部件：

? 运算器：完成两类（算数和逻辑）运算；

? 控制器：产生控制命令（微指令），控制全机操作。

? 存储器：存储数据和数字化后的程序；

? 输入/输出设备：执行输入/输出信息的转换；

? 总线：能为多个部分分时共享的一组信息传送通路。

? 接口：在总线和各类外设之间设置的具有缓冲、转换、连接等功能的部件。

多处理机系统结构根据处理器之间的紧密程度可以分为：

? 紧密偶合型多机系统（特点：多个组，通过系统总线构成多机系统，且有共享的全局主存储器）、松散偶合型多机系统（多个计算节点，由通信系统连接成的多机系统，无全局的主存储器）；

软件系统：

? 软件类别：系统程序（负责系统调度管理，提供运行和开发环境、各种服务，确保系统运行良好）

? 应用程序（利用计算机来解决应用问题所编写的程序）

软件系统层次结构:

 

 

软件的特点：

? 易于实现各种逻辑和运算功能，但是常受到速度指标和软件容量的制约；

硬件的特点：

? 可以高速实现逻辑和运算功能，但是难以实现复杂功能或计算，受到控制复杂性指标的制约。

计算机系统的性能指标：

机器字长：机器字长是指计算机的位数。指参与运算的数的基本位数，也就是计算机一次所能处理的二进制位数。它是由加法器、寄存器的位数决定的，所以机器字长一般等于内部寄存器的大小。字长标志着精度，字长越长，计算的精度就越高。

运算速度：

（1）吞吐量和响应时间

　　吞吐量是指系统在单位时间内处理请求的数量。

　　响应时间是指系统对请求作出响应的时 间，响应时间包括 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、I/O 操作、操作系统开销等时间）的总和。 

（2）主频和 CPU 时钟周期

　   外频：外部频率或基频，也叫系统时钟频率。

? 　  CPU的主频 = 外频 * 倍频系数；

　　CPU的主频又称为时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。

　　主频的倒数就是 CPU时钟周期，这是CPU中最小的时间元素。

每个动作至少需要一个时钟周期。 

（3）CPI，即Clock-cycle Per Instruction

　　CPI 是指每条指令执行所用的时钟周期数。

（4）CPU 执行时间

　　CPU 的性能取决于三个要素：① 时钟频率；② 每条指令执行所用的时钟周 期数；③ 指令条数 IC。

　　CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频 = （指令条数×CPI）/主频；

（5）MIPS 和 MFLOPS

　　MIPS表示每秒执行多少百万条指令。

　　MFLOPS表示每秒执行多少百万次浮点运算。

 

? IPS ，每秒执行指令数；

（6）数据传输速率：带宽 = 位宽 * 工作频率/8 （B/S）

? 物理含义：单位时间内数据的传输量；

 

易混概念：

机器字长：计算机的位数。也就是计算机一次所能处理的二进制位数。一般等于内部寄存器的大小，决定了计算机的运算精度。

存储字长：一个存储单元的二进制代码的位数。等于MDR的位数。

数据字长：数据总线一次能并行传送信息的位数。

指令字长：一个指令字包含的二进制代码的位数。

? 注意：计算PCI-E总线的带宽时，一般还要考虑编码方式、单双工模式和通道路数等。