计算机系统的层次结构

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，包括数据与控制程序。因为它们是无形的东西，所以成为软件或软设备。

计算机的硬件系统组成

主要功能部件

1. CPU 主要是由运算器、控制器等部件组成

2. 运算器

功能：完成算术和逻辑运算

组成特点：主要由ALU（算术逻辑单元）构成，执行算术、逻辑运算以及移位循环等操作，是CPU功能的主要执行部件

注： ALU以全加器为核心，具有多种运算功能

运算的位数越多，计算精度就越高，但是器件也越复杂

运算器的数据宽度一般是：8位、16位、32位或64位

3. 控制器

功能：产生控制命令（微命令），控制全机操作

基本组成：

4. 存储器

功能：存储数据和数字化后的程序

注：无论是数据，还是程序，存储器存储的全是用0或1表示的二进制代码

存储器中的几个基本概念：

存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路，组成一个存储单元

地址：存储器由许多存储单元组成，每个存储单元的编号，成为地址。

存储容量：存储器所有存储单元的总数。（存储容量越大，表示存储的信息越多，常用的单位有：KB,MB,GB,TB,PB）

内存储器：即主存，是一种用来存放直接为CPU提供服务的程序和数据存储器。

半导体存储芯片构成，特点：工作速度快，存储容量比外存小

外存储器：即辅存，为计算机配备的存储容量很大的辅助存储器。

磁盘存储器、光盘存储器等，特点：存储容量大，价格便宜，工作速度较慢

5. 输入、输出设备

功能：执行输入、输出信息的转换

6. 总线（BUS）

功能：能为多个部件分时共享的一组信息传送通路

根据传送的信息不同，可分为三类：传送各种数据信息的数据总线

传送各种地址信息的地址总线

传送各种控制信号的控制总线

7.接口

功能：具有缓冲、转换、连接的功能

计算机硬件的典型架构

微型计算机：南北桥架构

小型计算机：多处理机架构

超级计算机：集群式架构

多处理机系统架构

特点：用多处理机CPU构成

根据处理器之间连接的紧密程度，又分为：紧密偶合型多机系统

松散偶合型多机系统

紧密偶合型多机系统：多个（CPU+LM）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：系统程序和应用程序

硬、软件系统层次结构

软件与硬件的逻辑等价性

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，但是难以实现复杂的功能或计算，受到控制复杂性指标的制约

因此，计算机中的软件，理论上都可以“固化”或“硬化”成硬件，以提高执行速度。

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