计算机系统概述
2026-04-14
第一章_计算机系统概述
1.1 计算机硬件
一个完整的计算机系统由软件和硬件进行组成。
1.1.1 计算机硬件的基本组成
冯 · 诺依曼为解决早期计算机程序都需要接线员手动进行输入的问题，提出了“存储程序”的概念，提出了经典的冯 · 诺依曼结构（运算器为中心），如图所示：
而由于随着时代的发展，冯 · 诺依曼结构变得效率不足，因此，提出了现代的计算机结构（存储器为中心），如图所示：
1.1.2 各个硬件的工作原理
存储器：
运算器：
控制器：
通过一个完整的过程来感受各个硬件之间的协同作用，代码和流程图如下所示：
// 全局变量（静态存储区）
int a = 2, b = 3, c = 1, y = 0;
int main() {
y = a * b + c; // 核心计算：2*3+1=7
return 0;
}
1.2 计算机软件
本小节思维导图如下：
注意解释器、编译器和汇编器的区别。
关于软件与硬件的逻辑等价性，解释如下图所示：
1.3 计算机系统层次结构
计算机系统层次结构如图所示：
1.4 计算机系统工作原理
计算机系统工作原理如图所示：
1.5 计算机的性能指标
1.5.1 存储器的性能指标
如图所示：
1.5.2 CPU 的性能指标
如图所示：
1.5.3 其他性能指标
如图所示：
值得注意的是：
主频高的 CPU 一定比主频低的 CPU 快吗？
不一定！如两个 CPU，A 的主频为 2GHz，平均 CPI=10；B 的主频 1GHz，平均 CPI=1。B 的指令执行速度更快。
若 A、B 两个 CPU 的平均 CPI 相同，那么 A 一定更快吗？
也不一定！还要看指令系统，如 A 不支持乘法指令，只能用多次加法实现乘法；而 B 支持乘法指令。
基准程序执行得越快（即鲁大师打分越高）说明机器性能越好吗？
不一定！基准程序中的语句存在频度差异，运行结果也不能完全说明问题。
附言
开计算机组成原理了，越学越累…