1.2 计算机系统的组成
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
冯诺依曼计算机的工作原理：
冯诺依曼计算机由两部分：存储程序和程序控制构成。
- 存储程序将程序存放在计算机的存储器中。
- 程序控制按指令地址访问存储器并取出指令，经译码依次产生指令执行所需的控制信号，实现对计算的控制，完成指令的功能。
1.3 计算机系统的层次结构
可将计算机的层次结构分为6个基本层次：
- 高级语言层
- 汇编语言层
- 操作系统层
- 指令集架构层
- 微代码层
- 逻辑门层
其中上三层属于软件层，下三层属于硬件层。高层是低层功能的扩展，低层是高层的基础。
- 不同的用户位于不同的层次
- 不同层次具有不同属性
- 不同层次使用不同工具
- 不同层次代码效率不同
透明性概念：用户在高层中所看到的计算机并不会展现出计算机低层的特性，但并不代表这些特性不存在。
1.4 计算机性能指标与评价
1.4.1 基本性能指标
字长：CPU一次处理的数据位数，用二进制数的长度来衡量。字长一般与计算机内部寄存器、运算器、数据总线的位宽相等。
字长影响计算精确度，字长越长精确度越高。另外还影响数据的表示范围和精度。字长越长，定点数的表示范围就越大，浮点数的表示范围越大，精度越高。
总线宽度：数据总线一次并行传输的最大信息位数。
主存容量：主存中能够存储的最大信息量，一般以M×N表示，M表示存储单元数（字容量），N表示每个存储单元存储的二进制位数（位容量）。
存储带宽：单位时间内与主存交换的二进制数据量，单位B/s。（影响存储带宽的指标包括数据位宽和数据传输速率）
1.4.2 与时间有关的性能指标
时钟周期：计算机中最基本的最小的时间单位，一个时钟周期内CPU仅完成一个基本的动作。是时钟频率的倒数，常记为T。CPU内核工作的时钟频率称为主频，常记作f。外频：指CPU(内存)与主板之间同步的时钟频率(系统总线的工作频率)；倍频：CPU主频与外频之间的倍数；主频=外频×倍频。
CPI：Clock Cycles Per Instruction，执行每一条指令所需要的平均时钟周期数。
CPI = 程序中所有指令的时钟周期数之和 / 程序指令总数 = Σ(程序中各类指令的CPI × 程序中该类指令的比例)
CPU时间：即执行一个程序所需的物理时间，等于执行程序所需的时间周期数量 × 时间周期 = CPI × 程序中的指令数量 × 时间周期。
IPC：CPI的倒数，每个时钟周期能够执行的指令条数。
MIPS：Million Instructions Per Second，每秒多少百万条指令。计算公式：$$MIPS=\frac{IC}{T_{cpu}\times106}$$其中IC表示程序中指令数量。$T_{cpu}$表示程序的CPU时间。如果上面的公式去掉106^，则表示的是每秒可以执行多少条指令。公式变形：$$MIPS=\frac{f}{CPI}=IPC\times f$$这里时钟频率f的单位为MHz。