关于计算机计数系统的概念？
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发布时间：2022-04-21 22:50
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时间：2023-05-16 15:15
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. *层次结构：
第*（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；
目录
（一）计算机发展历程
（二）计算机系统层次结构
1. 计算机系统的基本组成
2. 计算机硬件的基本组成
3. 计算机硬件和软件的关系
4. 计算机的工作过程
（三）计算机性能指标
（一）计算机发展历程
1.世界上第一台电子数字计算机是1946年问世的ENIC（Electronic Numerical Integrator And Computer）。
2.根据计算机采用的电子器件可分为四类：
（1）第一代——电子管计算机
（2）第二代——晶体管计算机
（3）第三代——小、中规模集成电路（SSI，MSI）计算机
（4）*——大、超大规模集成电路（LSI，VLSI）计算机
（二）计算机系统层次结构
1. 计算机系统的基本组成
1.1 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。
1.2 早期的冯·诺依曼机特点：
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成。
指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
指令和数据均用二进制数表示。
指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作码在存储器中的位置。
指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
注：现代计算机以存储器为中心。
2. 计算机硬件的基本组成
2.1 计算机硬件的组成及作用：
运算器（ALU）：完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
存储器：存放数据和程序。
控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。
输出设备：将机器运行结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。
2.2 计算机软件的组成：
系统软件：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、计算机网络软件等。
应用软件（应用程序）：科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序、各种APP等。
2.3 说明
*处理器（CPU）：运算器和控制器。
I/O设备：输入设备和输出设备。
地址寄存器（MAR）：存放欲访问的存储单元地址。
数据寄存器（MDR）：暂存要从存储器中读或者写的信息。
运算器：包含若干通用寄存器，如累计器（ACC）、乘商寄存器（MO）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基址寄存器（BR）、程序状态寄存器（PSW）等。
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）组成。
3. 计算机硬件和软件的关系
硬件和软件是一个完整的计算机系统互相依存的两大部分，它们的关系主要体现在以下几个方面。
硬件和软件互相依存：硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且充分发挥其硬件的各种功能。
硬件和软件无严格界线： 随着计算机技术的发展，在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。因此，硬件与软件在一定意义上说没有绝对严格的界面。
硬件和软件协同发展：计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切地交织发展，缺一不可。
4. 计算机的工作过程
计算机的工作过程可分为以下几个过程：
把程序和数据装入到主存储器中。
从程序的起始地址运行程序。
用程序的首地址从存储器中取出第一条指令，经过译码、执行步骤等控制计算机各功能部件协同运行，完成这条指令功能，并计算下一条指令的地址。
用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行，直到程序结束为止；每一条指令都是在取指、译码和执行的循环过程中完成的。
（三）计算机性能指标
机器字长：计算机进行一次整数运算（即定点整数运算）所能处理的二进制数据的位数。数的表示范围越大，计算精度越高。
数据通路带宽：数据总线一次所能并行传送信息的位数。
主存容量：主存储器所能存储信息的最大容量，用字节或字数×字长表示。MAR的位数反映了存储单元的个数。
如：MAR为16位，则有216 个存储单元（即64K内存，1K=1024），若MDR为32位，表示存储容量为64K×32位。
运算速度：
（1）吞吐量和响应时间
吞吐量：系统在单位时间内处理请求的数量，主要取决于主存的存取周期。
响应时间：用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要 的 结果的等待时间。
（2）主频和CPU时钟周期
主频（CPU时钟频率）：机器内部主时钟的频率，即CPU时钟周期的倒数，常以MHz为单位，1MHz表示每秒1次。
CPU时钟周期：通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，是CPU中最小的时间单位。
（3）CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数。
（4）CUP执行时间：运行一个程序所花费的时间。
CUP执行时间 = CPU时钟周期数 / 主频 = (指令条数 × CPI）/ 主频
（5）MIPS、MFLOPS、GFLOPS和TFLOPS
MIPS：每秒执行多少百万条指令。
MIPS = 指令条数 / (执行时间 × 106）= 主频 / CPI
MFLOPS：每秒执行多少百万次浮点运算。
GFLOPS：每秒执行多少十亿次浮点运算。
TFLOPS：每秒执行多少万亿次浮点运算。
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时间：2023-05-16 15:15
硬件系统的说法是指：计算机系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这5个部件组成的。其中，运算器和控制器合称为*处理单元（CPU）；存储器又可分为内存（或称主存，memory）和外存（或称辅存，storage）两种。又简称为：I/O-CPU-M/S的模式。
这种说法其实只是指计算机的硬件而言。所谓硬件（hardware）就是只指实际的物理设备，包括计算机本身及其外围设备。因此，说这5部分组成硬件系统是可以的，但说它组成计算机系统就片面了。因为没有软件的机器称为裸机，是无法运行的，而全硬件实现的计算机系统目前还没有。
二、软硬结合说法
人们常说计算机系统包括两部分，即硬件部分和软件部分。软件（software）是指实现算法的程序及其文档，包括计算机本身运行所需的系统软件（system software）和用户完成任务所需的应用软件（application software）。
硬件和软件的关系是：只有硬件而没有软件的计算机叫做裸机。而软件只有依靠计算机硬件才能执行。所以软件和硬件之间是不可分离的。二者只有结合起来才是一个完整的整体。
软硬件在计算机中占的比重各是多少呢？可以说硬件和软件在逻辑上是等效的，称为软硬件等效性原理。例如，早期计算机的运算器硬件只有加减法器，当时要作乘除运算就要通过编程把乘除法变换为加减法才能实现，因此这种机器的加减法指令是用硬件实现的，而乘除法指令则是借助软件方法完成的。当然，后来的计算机都有了乘除法器硬件，于是乘除指令也都用硬件直接实现。这说明软硬件能提供同样的运算逻辑功能，只不过用硬件实现成本高但速度快，而用软件完成则速度慢但成本低。所以对于某项功能，甲公司可能提供的是硬件，而乙公司可能提供的是软件，这就给用户提供了更多的选择余地。
根据等效性原理不难看出：软硬件之间的界面并非固定不变，软硬件之间的转换在不停地进行着。例如，计算机中的控制器是个典型的硬件，但是它却有两种基本形式：组合控制逻辑和存储控制逻辑。其中，组合控制逻辑是全硬件实现的；而在存储控制逻辑中，则将每个控制操作通过由一系列微指令组成的微程序（microprogram）来完成，这说明在硬件中包含了软件。再如，系统软件中的操作系统应该说是典型的软件，但现代操作系统的许多关键模块都已固化，实现了软件的硬化。因此，我们可以说昨天的硬件会变成今天的软件，今天的软件又会变成明天的硬件。确实是硬中有软，软中有硬，相互转换，彼此渗透，这就是软硬的辩证法。事实上对于软硬功能的分配及其界面的确定，正是计算机体系结构研究的内容之一。
应当承认，第二种说法是基本正确的。不过，相对而言，我们称它为关于计算机系统的狭义说法。
三、广义系统说法
计算机系统的广义说法为：计算机系统是由人员（people）、数据（data）、设备（equipment）、程序（program）和规程（procere）5个部分组成，只有把它们有机地结合在一起，才能完成各种任务。
人在这个系统中期着主导作用，人的因素才把其它4个部分有机地结合在一起。
所谓数据是指人们听到的事实（fact）和看到的景象（figure）。我们把这些数据收集起来，以计算机可读的形式输入，经机器处理后又以人可读的形式输出，这就得到人们所需要的信息（information）。
设备就是指计算机的硬件。
程序就是指计算机的软件。
规程（procere）的意义是：工序、步骤、过程、方法、措施、处置和行动等。在计算机文献资料中，特别是在编程语言和操作系统中，通常把它译为“过程”。为了尽量准确地反映它在计算机系统中所起的作用，这里把它译为“规程”。
当你进入到一个实验室或计算中心时，第一眼看到的就是规程，这是实验室或计算中心的规程。当你做实验时也有一个“操作规程”，告诉你做实验的步骤、如何操作以及注意事项等。无论干什么工作都有一个工作顺序和注意事项以及遇到问题时应如何处理等，这就是规程。
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时间：2023-05-16 15:16
进制也就是进位制，是人们规定的一种进位方法。 对于任何一种进制---X进制，就表示某一位置上的数运算时是逢X进一位。 十进制是逢十进一，十六进制是逢十六进一，二进制就是逢二进一，以此类推，x进制就是逢x进位。
（1）数制的基数确定了所采用的进位计数制。
表示一个数时所用的数字符号的个数称为基数（Radix）。如十进制数制的基数为10；二进制的基数为2。对于N进位数制，有N个数字符号。如十进制中有10个数字符号：0~9；二进制有2个符号：0和1；八进制有8个符号：0~7；十六进制共有16个符号：0~9、A~F。
（2）逢N进一：如十进制中逢10进1；八进制中逢8进1；二进制中逢2进1；十六进制中逢16进1。
（3）采用位权表示方法：处在不同位置上的相同数字所代表的值不同，一个数字在某个位置上所表示的实际数值等于该数值与这个位置的因子的乘积，而该位置的因子由所在位置相对于小数点的距离来确定，简称为位权（Weight）。
（4）位权与基数的关系是：位权的值恰是基数的整数次幂。
进制
原始数
按位权展开
对应十进制数
十进制
923.45
9×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-2
923.45
二进制
1101.1
1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1
13.5
八进制
572.4
5×82+7×81+2×80+4×8-1
378.5
十六进制
3B4.4
3×162+B×161+4×160+4×16-1
948.25
10进制
我们有个成语叫"屈指可数"，说明古代人数数确实是离不开手指的，而一般人的手指恰好有十个。人类算数采用十进制，可能跟人类有十根手指有关。10进制有0，1，2….9十个基本数字组成，十进制数运算是按“逢十进一”的规则进行的。
10进制最早产生于公元前14世纪中国商代。
60进制与12进制
人类的手指恰好有十个，因此十进制的使用似乎应该是极其自然的事。但实际情况并不尽然。在文明古国巴比伦使用的是60进位制（这一进位制到现在仍留有痕迹，如一分=60秒等）。古巴比伦使用60进制，比起数10根手指，他们用一只手从食指到小指，共计12个关节(3×4)，另一只手5根手指，来计算12*5=
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时间：2023-05-16 15:16
计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设定值上。这种系统称为闭环控制系统。
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。
计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。
