第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

《計(jì)算機(jī)組成原理》第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

本章主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)分類、應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)硬件組成及發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1.概念計(jì)算機(jī)（Computer）是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需人的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息，進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的快速工具。

（1）

以電子器件為物質(zhì)基礎(chǔ)：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)（DigitalComputer）（2）

不需要人的直接干預(yù)：自動(dòng)化（存儲(chǔ)程序?yàn)榛A(chǔ)）（3）

數(shù)字化信息：二進(jìn)制（計(jì)算機(jī)能夠具有邏輯判斷和處理能力的基礎(chǔ)）（4）

算邏運(yùn)算：基本運(yùn)算操作是算術(shù)和邏輯運(yùn)算（5）

快速工具：（A）

電子器件（B）

存儲(chǔ)程序2、

層次：

（1）內(nèi)部特征：（A）

高速高集成度開關(guān)元件（B）

數(shù)字化信息編碼（C）

邏輯判斷和處理能力（D）

存儲(chǔ)程序（2）外部特征：（A）

快速性（由（1）中（A）（D）決定）（B）準(zhǔn)確性（由（1）中（B）（D）決定）（C）邏輯性（由（1）中（A）（C）（D）決定）（D）

通用性（由（1）中（A）（B）（C）（D）決定）

3、特征：1.1.1計(jì)算機(jī)的分類

計(jì)算機(jī)從總體上來說分為兩大類:

模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)。各自主要特點(diǎn)：模擬計(jì)算機(jī)由模擬運(yùn)算器件構(gòu)成，其變量由連續(xù)量（如：電壓、電流等）來表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的數(shù)字計(jì)算機(jī)則是由邏輯電子器件構(gòu)成，其變量為開關(guān)量（離散的數(shù)字量），采用數(shù)字式按位運(yùn)算，運(yùn)算模式是離散式的數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算計(jì)的主要區(qū)別通用計(jì)算機(jī)類別巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)規(guī)模和性能指標(biāo)依次遞減隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,今天的小型機(jī)可能是明天的微型機(jī),而今天的微型機(jī)可能是明天的單片機(jī)

1.1.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)之所以迅速發(fā)展,其生命力在于它的廣泛應(yīng)用并協(xié)助人類取得了輝煌的成就。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍幾乎涉及人類社會(huì)的所有領(lǐng)域。本書歸納成六個(gè)主要方面來敘述：科學(xué)計(jì)算自動(dòng)控制和測量信息處理教育和衛(wèi)生家用電器人工智能計(jì)算機(jī)分類、應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)硬件組成及發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備總線和輸入輸出接口高速緩存虛擬存儲(chǔ)器(磁盤設(shè)備)（第二章）（第五章）（第三章）（第六章）（第七、八章）中央處理單元CPU1.運(yùn)算器算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算采用二進(jìn)制數(shù)（容易實(shí)現(xiàn)）位數(shù)越多，計(jì)算精度越高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長度：8位、16位、32位或64位2.存儲(chǔ)器功能：保存或“記憶”數(shù)據(jù)和運(yùn)算過程存儲(chǔ)的是0或1表示的二進(jìn)制代碼主存采用半導(dǎo)體器件來作為存儲(chǔ)器一個(gè)半導(dǎo)體觸發(fā)器記憶一個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)單元：在存儲(chǔ)器中保存一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)的n個(gè)觸發(fā)器，組成一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)器地址：存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，稱為地址存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)。通常用單位“KB、MB、GB”等表示內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）和外存儲(chǔ)器(輔存）表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器的哪個(gè)單元取運(yùn)算的結(jié)果應(yīng)存到哪個(gè)單元3.控制器控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地進(jìn)行工作指令有兩部分：操作的性質(zhì)和操作的地址指出指令所進(jìn)行的操作加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等

電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序，程序控制“存儲(chǔ)程序”，是把指令以代碼的形式事先輸入到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中，即用記憶數(shù)據(jù)的同一裝置存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算的命令，這些指令按一定的規(guī)則組成程序“程序控制”，是當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，程序就會(huì)控制計(jì)算機(jī)按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動(dòng)完成預(yù)定的信息處理任務(wù)馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本思想采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成；將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)從存儲(chǔ)器取出指令加以執(zhí)行，自動(dòng)完成計(jì)算任務(wù)。這就是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”（簡稱存儲(chǔ)程序控制）的概念；指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件組成，規(guī)定了5部分的基本功能VonNeumann控制器的基本任務(wù)

按照計(jì)算程序所排的指令序列，先從存儲(chǔ)器取出一條指令放到控制器中，對(duì)該指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別，然后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存儲(chǔ)器取出第二條指令，再執(zhí)行第二條指令，依次類推取指令的一段時(shí)間叫做取指周期執(zhí)行指令的一段時(shí)間叫做執(zhí)行周期執(zhí)行完成指令的時(shí)間，稱為指令周期指令字和數(shù)據(jù)字，指令流和數(shù)據(jù)流

某字為一條指令，則稱為指令字某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字在取指周期中從內(nèi)存讀出的信息是指令流，它流向控制器而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器時(shí)間上：在取指周期中，CPU從內(nèi)存讀出的信息一定是指令；而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出或?qū)懭氲男畔⒁欢ㄊ菙?shù)據(jù)?？臻g上：指令一定流向控制器；而數(shù)據(jù)則是在內(nèi)存（或寄存器）與運(yùn)算器之間流動(dòng)4.適配器與輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備把人們所熟悉的某種形式的信息變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式輸出設(shè)備把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其它機(jī)器所能接收和識(shí)別的信息形式I/O設(shè)備通常統(tǒng)稱為外圍設(shè)備適配器(I/O接口)相當(dāng)與一個(gè)轉(zhuǎn)換器,它可以保證外圍設(shè)備用計(jì)算機(jī)所要求的形式發(fā)送或接受信息系統(tǒng)總線構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息鏈接,是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路

1.2.2數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展史世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）誕生于1946年2月15日，是美國賓夕法尼亞大學(xué)摩爾理工學(xué)院的摩切利和?？ㄌ匕l(fā)明的。計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了五代的變化：1946年開始，第一代電子管計(jì)算機(jī)1958年開始，第二代晶體管計(jì)算機(jī)1965年開始，第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1971年開始，第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1986年開始，第五代巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170M218,800只電子管1500個(gè)繼電器耗電150KW計(jì)算機(jī)發(fā)展史ENIACVacuumtubeinENIACInputPannel(42)CableProgramingDebug(線路檢查)ENIAC&VonNeumannTop500(2006)—IBMBlueGene計(jì)算機(jī)發(fā)展史Top500(2006.06)計(jì)算機(jī)發(fā)展史34TOP500（2011.6）前十Architecture35TOP500（2011.6）前十Architecture36未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)1018flops，艾級(jí)（百億億）2018年左右挑戰(zhàn)：(1)能耗(2)內(nèi)存(3)并發(fā)和局部性(4)可靠性(5)器件(6)算法(7)語言(8)軟件(9)應(yīng)用2020TechniqueWall：IC工藝摩爾定律并行語言多線程OS內(nèi)存容量與計(jì)算性能的比為0.1~0.5，需要：100~500PB內(nèi)存，約100萬個(gè)DRAM芯片帶寬提高100倍單節(jié)點(diǎn)MTBF10萬小時(shí)(11.4年）：300個(gè)節(jié)點(diǎn)MTBF：333小時(shí)10萬節(jié)點(diǎn)MTBF：1小時(shí)3738典型系統(tǒng)120640核，約300機(jī)柜摩爾定律早在1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登.摩爾（GordonMoore）在一篇很短的論文里斷言：每18個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠(yuǎn)的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準(zhǔn)確無誤地驗(yàn)證著微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Moore’sLaw新摩爾定理由于國際互聯(lián)網(wǎng)及電子商務(wù)的超高速的發(fā)展，從現(xiàn)在起，每18個(gè)月,新增的存儲(chǔ)量等于有史以來存儲(chǔ)量之和!

———1998年圖靈獎(jiǎng)獲得者JimGray什么是微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）采用微處理器為核心構(gòu)造的計(jì)算機(jī)微處理器（Microprocessor）一塊大規(guī)模集成電路芯片微型機(jī)的運(yùn)算和控制核心中央處理單元（CPU：CentralProcessingUnit）相對(duì)來說，微機(jī)性能、價(jià)格、體積較小工作學(xué)習(xí)中使用的個(gè)人微機(jī)生產(chǎn)生活中運(yùn)用的各種智能化電子設(shè)備微處理器的基本性能指標(biāo)字長微處理器每個(gè)時(shí)間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)例如一次進(jìn)行運(yùn)算、傳輸?shù)奈粩?shù)時(shí)鐘頻率微處理器的處理速度反映微處理器的基本時(shí)間單位集成度表明微處理器的生產(chǎn)工藝水平常用芯片上集成的晶體管數(shù)量來表達(dá)通用微處理器4位微處理器1971年，Intel4004，第一個(gè)微處理器8位微處理器M6800、Z80和Intel8080/8085Apple公司蘋果機(jī)16位微處理器Intel8086/808816位個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC：PersonalComputer）32位微處理器80386，80486，Pentium～Pentium432位PC機(jī)，APPLE公司的Macintosh機(jī)64位微處理器專用微處理器單片機(jī)（微控制器，嵌入式控制器，MCU）Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96/98系列愛特梅爾（Atml）公司的AT89系列（與MCS-51兼容），AT91系列（基于ARM內(nèi)核）MicrochipTechnology公司的PIC系列數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）專注于數(shù)字信號(hào)的高速處理美國德州儀器TI公司TMS320各代產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用形式：嵌入式系統(tǒng)IP級(jí)結(jié)構(gòu)，芯片級(jí)結(jié)構(gòu)，模塊級(jí)結(jié)構(gòu)808616位結(jié)構(gòu)的微處理器：數(shù)據(jù)總線為16位主存容量1MB：地址總線為20位時(shí)鐘頻率5MHz（IBMPC使用4.77MHz）準(zhǔn)16位微處理器8088：外部數(shù)據(jù)總線為8位IBMPC和PC/XT機(jī)使用Intel8088CPU處理器總線（Bus）微處理器的對(duì)外引腳（Pin）數(shù)據(jù)、地址和控制三組信號(hào)電源和地線處理器總線數(shù)據(jù)總線（DB：DataBus）處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)交換信息的通道個(gè)數(shù)（條數(shù)）是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)地址總線（AB：AddressBus）指定存儲(chǔ)器或外設(shè)的具體單元個(gè)數(shù)反映訪問的主存儲(chǔ)器容量或外設(shè)范圍控制總線（CB：ControlBus）控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作一個(gè)信號(hào)兩種狀態(tài)（高或低）兩種編碼（1或0）N：2N地址就是號(hào)碼8028616位數(shù)據(jù)總線，24位地址總線（16MB主存）實(shí)方式（RealMode）與8086工作方式一樣保護(hù)方式（ProtectedMode）提供存儲(chǔ)管理、保護(hù)機(jī)制和多任務(wù)管理的硬件支持IBMPC/AT機(jī)使用Intel80286CPU1KB＝210B＝1024B1MB＝220B＝1024KB1GB＝230B＝1024MB20：22024：22432：2328038632位結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位，可尋址4GB主存虛擬8086方式（Virtual8086Mode）保護(hù)方式下的8086工作方式系統(tǒng)管理方式（SystemManagementMode）低功耗節(jié)能狀態(tài)英特爾32位結(jié)構(gòu)：IA-32（IntelArchitecture-32）IA-32微處理器：80386，80486，Pentium系列8048680486＝80386＋80387＋8KBCache浮點(diǎn)處理單元FPU8086/8088：8087，80286：80287，80386：80387高速緩沖存儲(chǔ)器Cache微處理器與主存之間速度很快但容量較小的存儲(chǔ)器用于提高整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存取速度復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC融合精簡指令集計(jì)算機(jī)RISC的技術(shù)特點(diǎn)，例如：指令流水線指令執(zhí)行劃分成多個(gè)步驟在多個(gè)部件中獨(dú)立地進(jìn)行多條指令可以在不同的執(zhí)行階段同時(shí)進(jìn)行Pentium俗稱的80586微處理器，奔騰微處理器32位結(jié)構(gòu)，連接主存的外部數(shù)據(jù)總線卻是64位超標(biāo)量（Superscalar）技術(shù)具有可以并行工作的2條整數(shù)處理流水線，可以達(dá)到每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行2條指令雙路高速緩沖結(jié)構(gòu)8KB代碼高速緩沖存儲(chǔ)器8KB數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器PentiumPro原稱P6，中文名稱為“高能奔騰”兩個(gè)芯片組成CPU＋一級(jí)（L1）Cache（8KB代碼和8KB數(shù)據(jù)）二級(jí)（L2）Cache（256KB或512KB）擴(kuò)展的超標(biāo)量技術(shù)12級(jí)指令流水線能同時(shí)執(zhí)行3條指令動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)分支預(yù)測、數(shù)據(jù)流分析和推測執(zhí)行PentiumII多媒體擴(kuò)展指令（MMX指令）MMX（MutliMediaeXtension）整數(shù)運(yùn)算多媒體指令對(duì)圖像、音頻、視頻和通信方面的程序進(jìn)行優(yōu)化提升微機(jī)對(duì)多媒體的處理能力PentiumMMX（多能奔騰）：MMX指令應(yīng)用于Pentium處理器PentiumII：MMX指令應(yīng)用于PentiumProPentiumIII數(shù)據(jù)流SIMD擴(kuò)展指令（SSE指令）SSE（StreamingSIMDExtensions）浮點(diǎn)單精度多媒體運(yùn)算指令提高浮點(diǎn)3D數(shù)據(jù)的處理能力。SSE指令類似于AMD公司發(fā)布的3DNow!指令PentiumIII：SSE指令應(yīng)用于PentiumII單指令多數(shù)據(jù)SIMDSingleInstructionMultipleData表示一條指令具有同時(shí)處理多組數(shù)據(jù)的能力Pentium4NetBurst的微結(jié)構(gòu)（Microarchitecture）指令級(jí)并行ILP（Instruction-LevelParallel）進(jìn)一步發(fā)掘指令之間可以同時(shí)執(zhí)行的能力超線程HT（HyperThreading）線程級(jí)并行TLP（Thread-LevelParallel）發(fā)掘程序中的并行性一個(gè)物理處理器形成兩個(gè)邏輯處理器SSE2指令增強(qiáng)浮點(diǎn)雙精度多媒體運(yùn)算能力SSE3指令增強(qiáng)和完善MMX，SSE和SSE2指令I(lǐng)ntel80x86微處理器Celeron（賽揚(yáng)）微處理器面向低端（低價(jià)位）PC機(jī)Xeon（至強(qiáng)）微處理器面向高端服務(wù)器、工作站AMD微處理器AMD公司生產(chǎn)的IA-32微處理器兼容芯片Intel公司最主要的競爭對(duì)手雙核微處理器單芯片多處理器SMP技術(shù)Intel的PentiumD：單芯片雙Pentium4核心64位微處理器AMD的K8核心：兼容IA-32的64位微處理器Intel的EM64T（擴(kuò)展64位技術(shù)）：IA-32的64位擴(kuò)展微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1.微處理器2.存儲(chǔ)器3.I/O接口和I/O設(shè)備4.系統(tǒng)總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微處理器微機(jī)的核心、控制中心，中央處理器CPU大規(guī)模集成電路VLSI芯片，集成控制器運(yùn)算器（整數(shù)運(yùn)算器）寄存器（高速存儲(chǔ)單元）高性能微處理器內(nèi)部還有浮點(diǎn)處理單元甚至多媒體數(shù)據(jù)運(yùn)算單元存儲(chǔ)管理單元、代碼保護(hù)機(jī)制Cache……存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件高性能微機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）主板上的主存儲(chǔ)器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成RAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失相對(duì)造價(jià)高、速度快、但容量小輔助存儲(chǔ)器（簡稱輔存或外存）磁盤、光盤存儲(chǔ)器等構(gòu)成相對(duì)造價(jià)低、容量大、信息可長期保存，但速度慢RAM和ROMI/O接口和I/O設(shè)備I/O設(shè)備（Peripheral）：用戶與微機(jī)交互輸入（Input）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤輸出（Output）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器I/O接口（Interface）：外設(shè)和主機(jī)間的橋梁完成信號(hào)變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作較簡單的I/O接口電路與主板一體較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨(dú)立的電路板（接口卡Card）系統(tǒng)總線總線（Bus）：傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道系統(tǒng)總線（SystemBus）：微機(jī)系統(tǒng)中信息交換的主要公共通道地址總線：單向輸出主存單元或I/O端口的地址信息數(shù)據(jù)總線：讀（Read）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器；寫（Write）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）控制總線：有些控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)輸出；有些請(qǐng)求或聯(lián)絡(luò)信號(hào)輸入微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，總線連接使得微機(jī)組合靈活、擴(kuò)展方便計(jì)算機(jī)分類、應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)硬件組成及發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、總線和輸入/輸出設(shè)備組成的。都是由元件構(gòu)成的有形物體，因而稱為硬件或硬設(shè)備。硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱計(jì)算程序，因?yàn)樗菬o形的東西，稱為軟件或軟設(shè)備。軟件是指在硬件上運(yùn)行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔硬件是軟件的工作基礎(chǔ)，軟件是硬件功能的擴(kuò)充和完善。兩者相互依存，相互促進(jìn)。軟件與硬件的結(jié)合，構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)＝硬件系統(tǒng)＋軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件＝程序＋數(shù)據(jù)＋文檔軟件分類操作系統(tǒng) 語言處理程序服務(wù)性程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)瀏覽器實(shí)時(shí)控制軟件診斷、排錯(cuò)程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件目的程序早期計(jì)算機(jī)中，人們直接用機(jī)器語言編寫程序，計(jì)算機(jī)完全可以“識(shí)別”并能執(zhí)行，所以又叫做目的程序用機(jī)器語言編寫程序很繁瑣，又耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后尋找錯(cuò)誤也相當(dāng)費(fèi)事，大大限制了計(jì)算機(jī)的使用匯編程序?yàn)榱司帉懗绦蚍奖惴g和提高機(jī)器的使用效率，人們發(fā)明了匯編語言借助于匯編程序，計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)地把符號(hào)語言表示的程序（稱為匯編源程序）翻譯成用機(jī)器語言表示的目的程序用約定的文字、符號(hào)和數(shù)字（助記符）按規(guī)定的格式來表示各種不同的指令高級(jí)語言為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化和便于程序交流，使不熟悉具體計(jì)算機(jī)的人也能很方便地使用計(jì)算機(jī)，人們又創(chuàng)造了各種接近于數(shù)學(xué)語言的算法語言（高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言）算法語言是指按實(shí)際需要規(guī)定好的一套基本符號(hào)以及由這套基本符號(hào)構(gòu)成程序的規(guī)則。比較接近數(shù)學(xué)語言，直觀通用，與具體機(jī)器無關(guān)，只要稍加學(xué)習(xí)就能掌握，便于推廣使用計(jì)算機(jī)編譯程序用程序設(shè)計(jì)語言編寫的程序稱為源程序，這種源程序不能由機(jī)器直接識(shí)別和執(zhí)行，必須給計(jì)算機(jī)配備一個(gè)即懂算法語言又懂機(jī)器語言的“翻譯”，才能把源程序翻譯為機(jī)器語言通常采用下面兩種方法：編譯系統(tǒng)：

用編譯程序?qū)⒃闯绦蚓幾g成機(jī)器語言形式的目的程序，然后在目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行解釋系統(tǒng)：逐個(gè)解釋并立即執(zhí)行源程序的語句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語句并得出計(jì)算結(jié)果計(jì)算機(jī)分類、應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)硬件組成及發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)用戶級(jí)高級(jí)語言級(jí)匯編語言級(jí)系統(tǒng)軟件級(jí)機(jī)器級(jí)控制級(jí)數(shù)字邏輯級(jí)

應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件

軟硬件界面物理機(jī)虛擬機(jī)硬件固件硬件直接執(zhí)行Level0(門電路、電子線路)Level1(微程序或硬布線)Level2(指令集結(jié)構(gòu)ISA)Level3(操作系統(tǒng)、庫代碼)Level4(匯編語言代碼)Level5(C++，Java，等)Level6(可執(zhí)行程序)軟件與硬件的邏輯等價(jià)性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟