第一章　概述

本章主要内容

计算机系统的基本组成及其层次结构

计算机的体系结构、组成和实现

计算机的发展进步与拓展应用的进程

计算机系统的硬件组成

计算机硬件系统五大功能部件包括：

运算器、控制器、存储器（高速缓存 主存储器 虚拟存储器）、输入设备、输出设备

这些设备和部件通过总线和接口连结在一起，构成一台完整的计算机，如下图所示：

运算器
运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其主要功能包括：
1. 执行数值数据的加减乘除等算术运算，执行逻辑数据的与或非等逻辑运算，由一个被称为 ALU 的线路完成。
2. 暂时存放参加运算的数据和中间结果，由多个通用寄存器和乘商寄存器承担。
3. 运算器通常也是数据传输的通路 。

控制器
控制器是计算机中控制执行指令的部件，向计算机各功能部件提供每一时刻协同运行所需要的控制信号：
1. 正确分析与执行每条指令：取指令－>分析指令－>执行指令。
2. 保证指令按规定序列自动连续地执行。
3. 对各种异常情况和请求及时响应和处理。

高速缓存 主存储器 虚拟存储器
由高速缓冲存储器、主存储器、虚拟存储器所组成的多级存储器系统，是计算机中用于存储程序和数据的部件。
这三级存储器各自的功能分工、所用的存储介质的工作原理和特性各不相同。
将作为三个部分分别讲解。

输入设备
输入设备是向计算机中送入程序和数据的具有一定独立功能的设备，通过接口和总线与计算机主机连通，用于人机交互联系，如计算机键盘和鼠标等。

这些部件和设备通过总线和接口连接在一起,构成计算机整机系统，协同运行。

计算机系统的软件组成

计算机软件要包含语言支持功能。计算机通常使用它的硬件可以直接识别、用电子线路容易处理的一种语言，这就是计算机的机器语言，又称为二进制代码语言，也就是计算机的指令；使用计算机的人员往往要使用更“高级”一些的汇编语言和高级程序设计语言，在这两种语言之间需要完成必要的处理和翻译。

计算机软件还要为计算机系统本身提供性能良好的资源管理功能，为使用人员提供尽可能多的帮助。把资源管理和调度功能留给计算机系统软件来完成更可靠，完成这一功能的软件就是计算机的操作系统。操作系统的存在，又为使用计算机的用户提供了许多支持，与程序设计语言相结合，使得程序设计更简化，建立用户的应用程序和操作计算机更方便。

计算机系统的层次结构

图中可以看到的计算机系统的 7 层结构。在不同层次之间的关系表现为： 　　上面的一层是建立在下一层的基础上实现出来的，实现的功能更强大，更接近人解决问题的思维方式和处理问题的具体过程，对使用人员更方便，使用这一层提供的功能时，不必关心下一层的实现细节。 　　下面一层是实现上一层的基础，更接近计算机硬件实现的细节，实现的功能相对简单，人们使用这些功能更感到困难。在实现这一层的功能时，可能尚无法了解其上一层的目标和将要解决的问题，也不必理解其更下一层实现中的有关细节问题，只要使用下一层所提供出来的功能来完成本层次的功能处理即可。 　　采用这种分层次的方法来分析和解决某些问题，有利于简化处理问题的难度，在某一段时间，在处理某一层中的问题时，只需集中精力解决当前最需要关心的核心问题即可，而不必牵扯各上下层中的其他问题。