• 2.1 计算机系统的层次结构
• 2.2 计算机硬件系统
• 2.3 计算机软件系统
• 2.4 练习题

本章介绍计算机系统的层次结构、硬件系统和软件系统的组成。通过本章学习，建立对计算机系统的整体认识，理解硬件和软件的相互关系。

本章重点：

1. 计算机系统的层次结构
2. CPU的组成和工作原理
3. 存储器层次结构
4. 系统软件和应用软件

本章难点：

1. 计算机系统各层次的抽象关系
2. 存储器层次结构的理解

计算机系统是一个复杂的层次化系统，从底层硬件到高层应用，每个层次都有其特定的功能和接口。

计算机系统层次结构：

┌─────────────────────────────────────┐
│  第6层：应用程序（办公软件、游戏等）     │
├─────────────────────────────────────┤
│  第5层：高级语言（C、Java、Python）    │
├─────────────────────────────────────┤
│  第4层：汇编语言                      │
├─────────────────────────────────────┤
│  第3层：操作系统                      │
├─────────────────────────────────────┤
│  第2层：机器语言（指令集架构ISA）       │
├─────────────────────────────────────┤
│  第1层：微架构（数据通路、控制单元）     │
├─────────────────────────────────────┤
│  第0层：数字逻辑（门电路、触发器）       │
├─────────────────────────────────────┤
│  第-1层：物理器件（晶体管、连线）       │
└─────────────────────────────────────┘

层次化设计的优点：

1. 抽象：上层不需要了解下层的实现细节
2. 模块化：各层可以独立设计和修改
3. 标准化：层间接口标准化，便于兼容和升级

CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。

CPU的主要组成部分：

CPU内部结构：

┌─────────────────────────────────────────┐
│                控制单元（CU）             │
│      （指令译码、时序控制、操作控制）        │
└─────────────────────────────────────────┘
                    ↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│                运算器（ALU）              │
│        （算术运算、逻辑运算、移位）         │
└─────────────────────────────────────────┘
                    ↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│              寄存器组                    │
│  ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐        │
│  │PC   │ │IR   │ │通用  │ │状态  │       │
│  └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘        │
└─────────────────────────────────────────┘

程序计数器（PC）：存放下一条要执行的指令地址。

指令寄存器（IR）：存放当前正在执行的指令。

累加器（ACC）：存放运算的操作数和结果。

状态寄存器（PSW）：记录运算结果的状态。

存储器用于存放程序和数据。

存储器层次结构：

存储器金字塔（从上到下）：

        ┌──────────┐
        │  寄存器   │  ← 最快、最贵、最小
        ├──────────┤
        │   Cache  │  ← 高速缓存
        ├──────────┤
        │   内存    │  ← 主存储器
        ├──────────┤
        │  磁盘    │  ← 外存储器
        ├──────────┤
        │  磁带/云  │  ← 备份存储
        └──────────┘
        
速度：快 → 慢
容量：小 → 大
价格：贵 → 便宜

内存编址：

内存编址示意图：

地址      内容
0x0000   [01101010]
0x0001   [11001100]
0x0002   [10101010]
  ...      ...

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。

输出设备：显示器、打印机、音箱等。

I/O控制方式：

1. 程序查询方式
2. 中断方式
3. DMA方式
4. 通道方式

操作系统：管理系统资源，提供用户接口。

主要功能：

1. 进程管理
2. 内存管理
3. 文件管理
4. 设备管理

语言处理程序：

1. 汇编程序
2. 编译程序
3. 解释程序

数据库管理系统：管理数据的存储、检索和维护。

通用软件：办公软件、浏览器、媒体播放器等。

专业软件：CAD软件、财务软件、医疗信息系统等。

定制软件：为特定用户开发的专用软件。

1. 计算机硬件系统的核心是（ ）

A. 内存 B. CPU C. 硬盘 D. 显示器

2. 以下不属于系统软件的是（ ）

A. 操作系统 B. 编译器 C. Word D. 数据库管理系统

3. 存储器中速度最快的是（ ）

A. 寄存器 B. Cache C. 内存 D. 硬盘

1. CPU由_、_和_组成。 2. 计算机软件分为_和_两大类。 3. 存储器层次结构中，速度最快的是_，容量最大的是___。

参考答案：

一、选择题：1.B 2.C 3.A

二、填空题： 1. 控制单元、运算器、寄存器组

2. 系统软件、应用软件

3. 寄存器、硬盘（或外存）