一、计算机系统概论
1.1、计算机系统简介
1.1.1、计算机的软硬件概念
硬件：计算机的实体部分，由看的见得各种电子元器件，各类光，电，机设备等实物组成，如主机，外部设备等。
软件：由看不见摸不着的人们事先编制的具有各类功能的程序组成。
软件分为系统软件与应用软件两大类。
系统软件：用来管理整个计算机系统，监视服务，是系统资源得到合理调度，高效运行。包括：标准程序库，语言处理程序（如编译程序或汇编程序，将汇编语言翻译成机器语言），操作系统，服务程序，数据库管理程序，网络软件。
应用软件：用户根据任务需要编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序，过程控制程序，事务管理程序等。
1.1.2、计算机系统的层次结构
20世纪50年代出现的汇编语言简化了编程，但是因为汇编语言每一条语句都与机器语言一一对应，要求程序员必须熟悉实际机器的指令系统，因此汇编语言不具备移植性，且学习难度较高。
20世纪60年代出现的高级语言，如BASIC,C等已经接近人们的习惯，程序员不必了解机器的内部就可以进行编程。
高级语言，经过翻译机器转换机器语言。转换的软件称为翻译程序。
翻译程序分为编译与解释两种。
编译是第一次全部翻译成机器语言，再运行时不需要重新翻译了。
解释是一条一条语句读取，每次都需要重新读取。
1.1.3、计算机组成与体系结构
计算机机构分析的事有没有某种特性的问题。
计算机组成是这种特性是如何实现的问题。
1.2、计算机的基本组成
1.2.1、冯·诺依曼计算机的特点
冯·诺依曼计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备和输出设备5大部件组成。
特点：
1、指令与数据以同等地位存在于存储器内，并可按地址寻访。
2、指令与数据均用二进制表示。
3、指令由操作码与地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
4、指令在存储器内按顺序存放，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
5、机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
1.2.2、计算机的硬件框架
1、运算器用来完成算数运算与逻辑运算，并将运算的中间结果暂存与运算器内。
2、存储器用来存储数据和程序
3、控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
4、输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换成机器能识别的信息形式，常见的有键盘，鼠标等
5、输出设备可将机器运算结果转换成人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。
运算器和控制器往往集成在同一芯片上，被称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）
输入输出设备简称为I/O设备（Input/Outout Equipment）.
所以现代计算机课认为由3大部件组成。CPU，I/O设备和存储器（Main Memory，MM）
CPU与主存储器合起来又可称为主机，I/O设备又可称为外部设备。如下图
ALU（Arithmetic Logic Unit）算数逻辑单元简称算逻部件，用来完成算数逻辑运算。
CU（Control Unit）控制单元用来结束存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。
两者是CPU的核心部件。
1.2.3、计算机的工作步骤
1、上机前的准备
1）、把问题抽象变成数学模型
2）、确立计算方法，确立近似值公式
如 sin x的麦克劳林公式 
3）、编制解题程序
2、计算机的工作过程
1）、主存储器
2）、运算器
3）、控制器
4）、I/O
1.3、计算机硬件的主要技术指标
1.3.1、机器字长
机器字长指CPU一次性能处理的数据的位数，通常与CPU的寄存器数有关。
字长表示数的精度，也会影响运算速度
1.3.2、存储容量
存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。主存容量指主存中存放二进制码的总位数
MAR的位数反映了存储单元的个数，如MAR是16为=位，存储单元个数为2^16=65536个
MDR反应存储字长，如MDR位32位，表示存储容量为2^16 x 32=2^21=2M位（1M=2^20）
存储容量 = 存储单元个数 x 存储字长
辅存容量通常用字节数来表示，如某机辅存（硬盘）1G=1024M=2^10 x 2^20=2^30B
1.3.3、运算速度
测算方式：
普通法：完成一次加法或者减法所需的时间（已经摒弃）
后面用吉普森法，
现在一般用MIPS（Million Instruction Per Second,百万条指令每秒）和CPI（Cycle Per Instruction。每条指令所需的时间周期，机器主频的倒数）或者FLOPS（Floating Point Operation Per Second，浮点运算次数每秒）来衡量运算速度。
1.4、本书结构
第一篇 概论，计算机系统基本组成 ，应用与发展
第二篇 计算机系统的硬件结构，自顶向下了解它的硬件系统，包括CPU，MM，I/O以及连接他们的系统总线
第三篇 中央处理器（CPU）的功能与结构，影响CPU特性，结构和功能算逻单元及其运算方法、指令系统、指令流水、中断系统等进行详细分析
第四篇 控制单元CU 在详细分析时序系统以及微操作命令节拍的基础上，介绍如何用组合逻辑控制及微程序控制两种方法设计和实现控制单元
总结：自顶向下，由表及里