1 计算机系统

wxrwajiez / 2024-09-18 / 原文

计算机系统抽象层次


6	用户	可执行程序
5	高级语言	C++ Java
4	汇编语言	汇编代码
3	系统软件	操作系统 /库代码
2	机器	指令集架构(ISA)
1	控制（控制怎么执行）	微代码 /硬连线
0	数字逻辑（执行）	电路、门等

Language Processor: 语言处理器

语言处理器的两个阶段:

分析源程序
合成目标程序

Compilers(编译器), interpreters(解释器) translate programs written in high-level languages into machine code that a computer understands.
Assemblers translate programs written in low-level or assembly language into machine code

Assembly language is machine-dependent, 用于表示其中指令的助记符并不能被机器直接理解

High-Level language is machine-independent.

机器语言是计算机能够直接理解和执行的最低级别的编程语言，它由二进制数字（0 和 1）组成。这些二进制代码直接对应计算机的硬件指令

语言处理器	语言	特点
编译器	C, C++,C#	reads the complete source program written in high-level language as a whole in one go and translates it into an equivalent program in machine language
		object program can be executed number of times without translating it again
		生成中间代码；报错要扫描整个文件，调试慢
汇编程序	/	/
解释器	Python	the translation of a single statement of the source program into machine code is done by a language processor and executes immediately before moving on to the next line
		不生成中间代码；调试更快

CPU架构，指令集和汇编语言

CPU架构包括：指令集架构、流水线设计、缓存层次结构等方面
汇编语言用人类看得懂的话描述指令集
CPU架构（硬件电路）实现指令集所规定的操作运算

常见的CPU架构：x86, ARM, MIPS

x86架构：最常见的桌面和服务器CPU架构，由Intel和AMD等公司生产。

x86架构是一种基于CISC(复杂指令集计算机)，最初用于英特尔公司的微处理器。它是一种广泛应用于个人计算机和服务器领域的架构。x86架构支持32位和64位操作模式，提供了丰富的指令集和广泛的软件支持。

ARM架构：主要用于移动设备和嵌入式系统，如智能手机、平板电脑和物联网设备。

ARM架构是一种基于RISC（精简指令集计算机）原则的处理器架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和消费类电子产品中。它的特点包括低功耗、高性能和灵活性，适合于对功耗和体积有严格要求的设备。ARM架构的特点还包括可扩展性和可移植性，使其成为许多设备制造商和开发者的首选。

MIPS架构：用于嵌入式系统和网络设备。 MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集（RISC）架构，MIPS架构被广泛应用于嵌入式系统、网络设备、数字信号处理器和其他领域。

计算机组成的三部分

解释和执行程序的处理器
存储数据和程序的存储器
与外部传输数据的机制

冯·诺依曼架构

中央处理单元（控制单元+算数逻辑单元+寄存器）+ 主存储系统 + I/O系统

冯·诺依曼瓶颈：主存储系统和控制单元之间的单一路径

冯·诺依曼执行周期：取指 - 译码 - 执行

控制单元从存储器中取出下一条指令（确定指令位置：程序计数器）
控制单元将指令解码为ALU能理解的语言（机器语言指令翻译为控制信号和微操作）
控制单元从存储器中取出执行这条指令所需的任何操作数，放到寄存器中（读取数的策略）
ALU执行指令并把结果放到寄存器或存储器中

修改后的冯诺依曼模型使用系统总线实现指令和数据的传输

计算机配置

Intel i7 四核, 3.9GHz // 每秒钟处理的周期数，频率越高，每秒钟执行的指令越多
1600MHz 32GB DDR3 SDRAM
128KB L1高速缓存, 2MB L2高速缓存 // cache -- RAM -- Disk
1TB SATA硬盘驱动器(72oor/min) // 转速toRAM，一般来说硬盘转得越快，向RAM中传data越快(其它因素)
							// SATA: 串行高级技术附件

常见单位：