第一章 计算机系统层次结构

基础概念

相关提炼内容见 computer-basics。

计算机系统的组成

• 硬件系统：计算机的实体，如主机、外设等
• 软件系统：由具有各类特殊功能的信息（程序）组成

计算机硬件的基本组成

现代计算机除了使用冯诺依曼结构，还有使用哈佛结构（哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构）

• 冯诺依曼机 = 运算器 + 存储器 + 控制器 + 输入设备 + 输出设备
• 现代计算机的组织结构
• 计算机的功能部件
  • 输入设备：键盘，鼠标，扫描仪，摄像机
  • 输出设备：显示器，打印机
  • 存储器
  • 运算器
    • 组成
      • ALU（核心）
      • 累加寄存器 ACC
      • 乘商寄存器 MQ
      • 操作数寄存器 X
      • 变址寄存器
      • 基址寄存器 基地址寄存器 BR
      • 程序状态字寄存器
      • ……
  • 控制器
    • 控制器是计算机的指挥中心
    • 组成
      • 程序计数器 PC
      • 指令寄存器 IR
      • 控制单元 Control Unit, CU
      • ……

计算机软件的分类

• 系统软件
  • 操作系统 Operating System
  • 数据库管理系统 DBMS
  • 语言处理程序
  • 分布式软件系统
  • 网络软件系统
  • 标准库系统
  • 服务性程序
• 应用软件
• 数据库管理系统（DBMS）和数据库系统（DBS）不一样
  • DBMS 是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，是系统软件
  • DBS 是指计算机系统引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、数据库管理员（DBA）和应用系统构成
• 三个级别的语言
  • 机器语言
  • 汇编语言
  • 高级语言

计算机的工作过程

• 三个步骤
  • 把程序和数据装入主存储器
  • 将源程序转换为可执行文件
  • 从可执行文件的首地址开始逐条执行指令
• 1. 从源程序到可执行文件
  • 预处理阶段
  • 编译阶段
  • 汇编阶段
  • 链接阶段
• 2. 指令执行过程的描述（以取数指令为例）
  • 取指令：PC→MAR→M→MDR→IR
  • 分析指令：OP(IR)→CU
  • 执行指令：Ad(IR)→MAR→M→MDR→ACC
• 注意：(PC)指程序计数器 PC 中存放的内容PC -> MAR 应该理解为(PC)->MAR
• 计算机系统的多级层次结构 ↓

1. 第 1 级：微程序机器层
2. 第 2 级：传统机器语言层
3. 第 3 级：操作系统层
4. 第 4 级：汇编语言层
5. 第 5 级：高级语言层