一、计算机系统的几个基本概念

1.   计算机系统的构成：

       a. 由软硬件两大部分组成；

       b. 硬件：是指实体部分，通常指主机（MPU、内存及其支持部件）、接口、外设这些看得见摸得着的东西；

       c. 软件：是指程序和相关附件（程序的产品说明、使用说明等），软件不仅能充分调动硬件的功能而且能局部模仿人类思维，因此软件也是评价系统好坏的重要标志；

       d. 软件通常分为两大类：

            i.   系统软件：底层软件，和相应的硬件紧密相连，通用性较差，基于硬件平台，主要有这几类：

                 *1. 标准程序库：例如开机启动程序BIOS；

                 *2. 语言处理程序：特指汇编以及高级语言编译器；

                 *3. 操作系统：有批处理、分时、实时等类型；

                 *4. 服务程序：例如连接、诊断、调试程序等；

                 *5. 数据库管理程序：基于操作系统，又低于应用程序；

                 *6. 网络通信程序等；

            ii.  应用软件：位于最高层次，基于系统软件，比如游戏软件、事务管理软件、文本编辑器等；

                 举例：比如游戏里的存档功能就是调用了操作系统提供的文件写入功能，因此游戏软件是基于操作系统的；

2.   计算机系统的层次结构：

       a. 三级层次结构：

                             第三级（最高级）                                          虚拟机M3（高级语言机器） 

                                                                          实质是编译器，将高级语言编译成汇编语言再传给M2执行，

                                                              从外部看上去就是一台可以直接运行高级语言的机器，将M2的功能隐藏了

                             第二级                                                              虚拟机M2（汇编语言机器）

                                                                          实质也是编译器，将汇编语言编译成机器语言再传给M1执行，

                                                              从外部看上去就是一台可以直接运行汇编语言的机器，将M1的功能隐藏了

                             第一级（最底层）                                           实际机器M1（机器语言机器）

                                                                                                        可以直接运行机器语言程序

        b. 严格来讲以上虚拟机都属于翻译程序，通常翻译程序可以分为两类：

             i.   编译型：就像a.中的结构，直接将源程序最终全部翻译成可直接在M1上运行的机器语言，程序一次性执行；

             ii.  解释型：直接运行源程序，而且是一条一条执行源程序中的语句，只不过是每执行一条就将其翻译成可直接在M1上运行的机器语言，即翻译一次执行一次，即使下一次重复执行该语句也必须得走该流程，这种层次结构就只有两层；

                   注：该过程同样也是三层结构的，相当于M3每执行一次高级语言就将其先翻译成汇编语言，再翻译成机器语言最后再执行，这种模式更加贴近人的思维，就好像真的在执行高级语言一样，并且是“一条一条执行高级语言”的；

        c. 四级层次结构：就是讲第一层再向下分解出一个微程序机器，又因为实际机器和微程序机器都是实际机器，因此将第一层的实际机器改称为传统机器以示区别

                             第一层                                                                                          传统机器M1

                                                                                                                              还是机器语言机器

                                                    将每一条机器指令按照不同的部分分解成更小的原子操作，即按照“指令类型+操作数1+操作数2”的形式进行分解，

                                                    分解成更小的一组微指令，再将不同类型的微指令传给相应的M0直接运行，例如一条机器指令（为了方便，用汇编

                                                    语言描述）”MOV AL,X;“，将其分解成更小的三条微指令MOV、AL、X，分别为移动指令、寻找寄存器存储单元的寻址

                                                    指令和寻找内存存储单元的寻址指令，然后将这三个微指令交由各自相应的微程序机器运行（分别交由移动控制单元、

                                                    寄存器寻址控制单元和内存寻址控制单元来运行），这样就将实际机器M1分解成了若干更小的微程序机器M0，这更加

                                                    体现了分工合作的高效性；

                             第零层                                                                                           微程序机器M0

                                                                                                                                      微指令系统

                                                                        可以直接运行各自的微指令，因此由机器指令分解而来的各条微指令可以看做更小的微程序

         d. 五级层次结构：即在M1和M2（即机器机和汇编机之间）还应有一层虚拟机，即操作系统，因为它具有控制并管理计算机全部硬件资源的作用，因此上层虚拟机的很多实现都必须有操作系统支持，比如malloc需要有操作系统的内存映射来支持，但从高级语言角度来看malloc没有任何意义，操作系统不是翻译程序，而是上层程序的运行环境；

3.   从层次结构来划分软硬件：

       a. 以操作系统为分界线，上层虚拟机是软件的主要研究对象，而下层的传统机和微程序机是硬件的主要研究对象，组成原理主要的研究对象就是传统机和微程序机；

       b. 软硬件界线并非一成不变，随着超大规模集成电路的发展出现了固件，即将软件永久存于只读存储器中；

           例如，现在已经实现部分操作系统的固化（固态C盘），这样就省去了开机时将操作系统加载进内存的时间，MPU可以直接读操作系统中的内容，相当于一个专门存放操作系统的永久性内存；

4.   计算机系统结构和计算机组成的区别：

       a. 计算机系统结构：

            i.   即计算机系统的属性，比如指令系统、数据类型、存储技术等；

            ii.  是一种概念性的结构与功能；

            iii. 只在程序员层面上可见，由于计算机系统具有多级层次结构，因此站在不同层次上的程序员所看到的计算机系统结构是不同的；

            iv. 例如在C程序员看来完全相同的两种系统结构，但在汇编程序员看来可能完全不一样；

        b. 计算机组成：

            i.   是对于程序员来说是透明的（隐藏的）实现系统结构的硬件细节；

            ii.  例如指令系统是一种结构问题，而如何用硬件实现（用什么电路、用那些器件进行组合）具体的指令系统就是计算机组成问题了；

        c. 最为典型的例子：

            厂商一般会生产同一系列不同型号的各种计算机，不同型号之间性能以及价格等会有较大的差别，但是这些型号的计算机上面开发的软件可以相互兼容；

            其中同一系列就是指这些计算机的系统结构都是相同的，因此对于程序员来说其看到的系统属性都是相同的，因此开发的软件相互都可以兼容（从而使用户的软件投资不浪费），而不同型号就是指这些计算机组成互不相同，但是这些不同的组成都实现了相同的体系结构，不同组成使得其运行速度有较大差异，一些方面的性能可能不同，这样可以针对不同性能需求的用户提供同一种体系结构的产品；