计算机性能指标、硬件、软件

目录

1 计算机的性能指标

2 计算机硬件

2.1 硬件组成要素

2.2 运算器

2.3 存储器

2.4 控制器

2.5 适配器与输入输出设备

3 计算机软件

3.1 软件的组成与分类

3.2 软件的发展演变

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1 计算机的性能指标

• 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
• 响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位度量。
• 利用率：在给定时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。
• 处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数。如32位，64位。
• 总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
• 存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB表示。
• 存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。
• 主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率f叫CPU的主频。度量单位是MHz、GHz。    主频的倒数称为CPU的时钟周期（T），T=1/f，度量单位是μs，ns。
• CPU执行时间：CPU执行一般程序所占用的CPU时间。CPU执行时间 = CPU时钟周期数 x CPU时钟周期。
• CPI：执行每条指令的平均时钟周期数。CPI = 执行某程序所需的CPU时钟周期数/程序包含的指令条数
• MIPS：表示平均每秒执行多少百万条定点指令数。MIPS = 指令数/(程序执行时间x106)
• FLOPS：表示每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作的性能。FLOPS = 程序中浮点操作次数/程序执行时间。

2 计算机硬件

2.1 硬件组成要素

       硬件指计算机中的电子线路和物理装置。

       计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

2.2 运算器

       运算器主要功能：进行各种算术运算、逻辑运算和判断处理。

2.3 存储器

存储器主要功能：存放程序和数据。

• 程序：计算机进行各种操作和控制的依据
• 数据：计算机进行操作的对象。计算机中存放的程序和数据都是二进制形式的。
• 存储单元：存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，可以以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。存储器由许多个存储单元组成。
• 地址：每个存储单元的都有一个编号，称为地址。
• 存储容量：存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
• 内存储器：相对而言，半导体存储器称为内存。
• 外存储器：存储容量更大的磁盘存储器或光盘存储器。

2.4 控制器

      控制计算机各部分自动协调的工作。完成的工作是从内存中读取指令，分析和解释指令，然后按指令的要求发出操作命令，控制计算机各部分自动协调的工作。

（1）计算程序

• 指令：计算机在计算前的每一个基本操作（如加减乘除）都是一条指令。
• 计算程序：结算某一问题的所有指令序列，叫做某问题的计算程序。

（2）指令形式

      指令应当告诉控制器在存储器的哪个单元取数，并进行何种操作，故指令由两部分组成：操作码，地址码

• 操作码：指出指令所进行的操作，如加减乘除、取数、存数。
• 地址码：参加运算的数据从哪个存储单元取出来。
• 存储程序：将问题的程序（指令序列）存放到存储器中。
• 程序控制：控制器依据存储程序来控制全机协调地完成计算任务。
• 冯·诺依曼结构：采用存储程序和数据，由指令流来控制计算机的操作。指令和数据放在同一个存储器中。
• 哈佛结构：指令和数据分别放在两个存储器中。
• 指令系统：一个计算机有几十个基本指令，从而构成计算机的指令系统。

（3）控制器基本任务

• 取指周期：从存储器取出指令的一段时间。
• 执行周期：执行指令的一段时间。
• CPU：运算器、控制器、存储器（CPU芯片）合称为中央处理器。

（4）指令流和数据流

      CPU向存储器存取信息是以字节和字来工作的（不是位）。，

• 字节：一个“字节”由8位二进制信息组成。
• 字：一个“字”由一个或多个字节组成。
• 字长：通常把组成一个字的二进制位数叫做字长，如8位，64位。
• 数据字与指令字：计算机使的信息既有指令也有数据，如果某字代表要处理的数据，则称为数据字；若某字为一条指令，则称为指令字。
• 数据流与指令流：取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；在执行周期中从内存读出的信息是数据流，它流向运算器。

2.5 适配器与输入输出设备

（1）输入设备：通常包括键盘、鼠标、数字扫描仪、模数转换器等，作用是将人们所熟悉的某种信息转换成机器内部所能识别的二进制信息形式。

（2）输出设备：常用的包括激光打字机、绘图仪、CRT显示器等，作用是把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能识别的信息。

（3）适配器：外围设备（输入/输出设备）不能直接与主机相连接，需要同构适配器（相当于一个转换器）与主机相联系。

（4）系统总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传输的公共通路。

3 计算机软件

3.1 软件的组成与分类

计算机中的各种程序、数据和有关文档构成计算机的软件系统。计算机的软件一般分为两大类：

（1）系统软件：便于计算机使用的系统管理程序，包括操作系统、语言处理、数据库管理系统等。

（2）应用软件：针对用户具体实际应用的程序。

3.2 软件的发展演变

（1）手编程序（目的程序）：直接用机器语言（机器指令代码）编写程序。

（2）汇编程序：规定一些文字符号数字表示不同指令，然后用这些符号编写程序。

（3）源程序：用算法语言（C/C++、Java）编写的程序。

（4）编译程序：把源程序翻译成目的程序，然后机器执行目的程序。

（5）操作系统：用来管理计算机资源。

（6）数据库管理系统：数据库与数据库管理软件一起组成数据库管理软件。