計算機系統的層次結構

計算機系統的組織

硬體 —— 是指構成計算機系統的實體和裝置之類的有形裝置，是組成計算機系統的物質基礎。

軟體 —— 是指由硬體所表達的各種內在資訊，包括資料與控制程式。因為它們是無形的東西，所以成為軟體或軟裝置。

計算機的硬體系統組成

主要功能部件

1. CPU 主要是由運算器、控制器等部件組成

2. 運算器

    功能：完成算術和邏輯運算

    組成特點：主要由ALU（算術邏輯單元）構成，執行算術、邏輯運算以及移位迴圈等操作，是CPU功能的主要執行部件

     注： ALU以全加器為核心，具有多種運算功能

             運算的位數越多，計算精度就越高，但是器件也越複雜

            運算器的資料寬度一般是：8位、16位、32位或64位

3. 控制器

     功能：產生控制命令（微命令），控制全機操作

     基本組成：

4. 儲存器

      功能：儲存資料和數字化後的程式

      注：無論是資料，還是程式，儲存器儲存的全是用0或1表示的二進位制程式碼

      儲存器中的幾個基本概念：

     儲存單元：在儲存器中儲存一個n位二進位制數的n個儲存電路，組成一個儲存單元

 地址：儲存器由許多儲存單元組成，每個儲存單元的編號，成為地址。

    儲存容量：儲存器所有儲存單元的總數。（儲存容量越大，表示儲存的資訊越多，常用的單位有：KB,MB,GB,TB,PB）

    記憶體儲器：即主存，是一種用來存放直接為CPU提供服務的程式和資料儲存器。

半導體儲存晶片構成，特點：工作速度快，儲存容量比外存小

 外儲存器：即輔存，為計算機配備的儲存容量很大的輔助儲存器。

                       磁碟儲存器、光碟儲存器等，特點：儲存容量大，價格便宜，工作速度較慢

5. 輸入、輸出裝置

      功能：執行輸入、輸出資訊的轉換

6. 匯流排（BUS）

      功能：能為多個部件分時共享的一組資訊傳送通路

      根據傳送的資訊不同，可分為三類：傳送各種資料資訊的資料匯流排

                                                                傳送各種地址資訊的

                                                                傳送各種控制訊號的控制匯流排

7.介面

    功能：具有緩衝、轉換、連線的功能

計算機硬體的典型架構

微型計算機：南北橋架構

小型計算機：多處理機架構

超級計算機：叢集式架構

多處理機系統架構

特點：用多處理機CPU構成

根據處理器之間連線的緊密程度，又分為： 緊密偶合型多機系統

                                                                      鬆散偶合型多機系統

緊密偶合型多機系統：多個（CPU+LM）組，通過系統匯流排構成多機系統，且有共享的全域性主儲存器

鬆散偶合多機系統：多個計算節點，由通訊系統連線成的多機系統，無全域性的主儲存器

軟體系統

軟體類別：系統程式和應用程式

硬、軟體系統層次結構 

軟體與硬體的邏輯等價性 

軟體的特點：易於實現各種邏輯和運算功能，但是常受到速度指標和軟體容量的制約

硬體的特點：可以高速實現邏輯和運算功能，但是難以實現複雜的功能或計算，受到控制複雜性指標的制約

因此，計算機中的軟體，理論上都可以“固化”或“硬化”成硬體，以提高執行速度。