计算机系统是由软件系统和硬件系统组成的，通过建立系统软件和应用软件来提供解决现实问题的方法。

计算机系统通常可划分为包括硬件层、系统层和应用层的多级层次结构。

硬件层（裸机）。该层可细分为硬联逻辑级、微程序级和传统机器级。其中，硬联逻辑级是计算机的内核，由门电路、触发器等逻辑电路组成；

计算机硬件由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

控制器内部组成（对应功能）

• PC程序计数器：存下一条指令地址->负责取指令 
• IR指令寄存器：存放当前正在执行的指令
• 指令译码器：解析指令功能
• CU控制单元：生成全部硬件控制信号（核心部件）
• 时序发生器：产生时钟节拍
• 中断逻辑电路：处理中断请求

控制器（CU）完整功能

五大核心功能

1. 取指令：从内存取出将要执行的指令

控制器通过PC（程序计数器）拿到指令内存地址，发送地址到主存，把指令读取到CPU内部的IR指令寄存器中

2.指令译码：翻译指令含义

对IR中的指令操作码进行译码，解析出这条指令要做什么（加减运算？读写内存？跳转？），拆解出各类控制信号。

3.发出时序控制信号，指挥全机硬件协同工作

按照固定时钟节拍，向运算器、内存、寄存器、输入输出设备发送微操作控制命令：

• 让ALU做加减乘除运算
• 控制内存读写
• 控制数据在寄存器之间传送
• 所有硬件什么时候干活、干什么活，全部由控制器调度

4.控制程序流程（顺序执行、跳转、分支、循环）

正常情况：PC自动+1，逐条顺序执行指令

遇到跳转、判断、循环指令时：修改PC的值，跳转到指定程序地址执行，实现分支、循环、子程序调用。

5.响应中断请求（中断处理）

接收外设、内部异常发来的中断信号；

暂停当前正在运行的程序，转而执行中断服务程序，处理完之后再回到原程序继续运行。

例：键盘按下、硬盘数据读完都会出发中断，由控制器接管处理。

补充次要功能：

1.产生统一时序节拍脉冲：让CPU内部所有部件步调一致同步工作；

2.处理程序异常：溢出、非法指令、地址越界等错误。

易混误区

控制器CU：管调度、发命令（大脑指挥）

运算器ALU：只管算数（干活的）

知识点2：系统软件

系统软件：管理、控制、维护计算机硬件资源，给上层应用软件提供运行环境的基础软件。

它不是给用户直接办公娱乐用的，而是用来伺候硬件、支撑所有程序运行的底层基础程序。

没有系统软件，电脑就是裸机，无法打开微信、浏览器、游戏这些软件。

统软件四大分类（标准划分，必背）

1.操作系统（OS）【最核心、最重要】

系统软件的主题，统筹管理CPU、内存、硬盘、外设所有硬件资源，同时给应用软件提供调用接口。

2.语言处理程序

把程序员写的高级语言代码，翻译成CPU能看懂的二进制机器语言，细分3类：

1、汇编程序：汇编语言->机器语言

2、编译程序（编译器）：C/C++、Java等高级语言整体翻译成机器码（例：GCC、VS编译器）

3、解释程序（解释器）：逐行翻译执行（Python、Javascript解释器）

附加：链接程序、装入程序都属于这类。

3.数据库管理系统（DBMS）

专门用来统一管理大量数据、实现数据增删改查的系统软件

4.服务性支撑程序（实用工具软件）

面向计算机维护、硬件检测、系统调试的工具，辅助操作系统工作，也叫系统实用程序

知识点三：存储器系统核心性能指标

一、四大核心必背性能指标

1.存取时间（访问时间）

定义：CPU发出读写请求，到数据被读出/写入完成的总耗时

通俗理解：从喊内存拿数据，到数据送到CPU手里一共花多久。

2.存储周期（存取周期）

定义：连续两次独立存储器读写操作之间，必须间隔的最小时间

考点：存储周期>=存取时间

内存读完一次数据后，芯片需要一小段时间复位、恢复状态，才能接受下一次访问，这段间隔算进存储周期。

带宽计算公式必须用存储周期计算

3.存储器带宽（最重要计算考点）也叫数据传输率

定义：单位时间内存储器能够传输的最大数据总量，代表整体吞吐能力

知识点四：主存储器的分类

知识点五：辅助存储器

知识点六：磁盘阵列

RAID 0（条带阵列，无容错）

需要硬盘数量>=2块

原理：数据切碎交替写入所有磁盘

优点：速度最快，读写性能翻倍，硬盘容量全部利用

缺点：没有任何数据备份，任意一块硬盘坏掉，所有数据全部丢失

适用：临时文件、无需保存的缓存数据，不存重要资料

RAID 1(镜像阵列，纯粹备份)

需要硬盘数量>=2块（必须偶数）

原理：两块硬盘写入完全相同的数据，互为副本

优点：安全性极高，坏任意一块盘，另一块完整保留数据

缺点：容量只能使用一半，速度提升很小，成本翻倍

适用：存放重要账务、个人关键资料、服务器系统盘

RAID 3使用专用校验硬盘存放校验数据

RAID 5

与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID是最常用的RAID方式之一。 

需要硬盘数量>=3块 

原理：数据+奇偶校验信息分散存储在所有硬盘上，校验位轮流分布

优点：兼顾速度+安全;最多坏一块硬盘，数据可恢复；硬盘总容量只损失1块盘的空间存校验信息

缺点：不能同时坏两块盘；硬盘数量越多，坏盘重构耗时越长

适用：家用NAS、中小型企业文件存储（最普及）

RAID 6

硬盘数量>=4块

原理：双份奇偶校验

优点：允许同时坏掉两块硬盘，容错能力比RAID 5更强

缺点：校验计算开销大，写入速度偏弱，空间损耗2块硬盘

适用：大容量多盘位NAS、企业数据存储

RAID 10（RAID1+RAID0组合）

需要硬盘数量:必须偶数盘

结构：先两两做成RAID1镜像备份，再整组做成RAID0提速

优点：速度快+容错极强；最多每组镜像里坏一块盘都没事

缺点：容量只能适用总硬盘一半，成本高

适用：数据库服务器、视频剪辑工作站、对速度和安全都要求极高的场景

知识点七：高速缓冲存储器Cache

知识点八：常见网络存储三大主流方式

类型	访问级别	依托网络	共享能力	读写性能	成本	典型用途
DAS	块级	无局域网，直连单机	不可共享	最快	最低	单机外接硬盘
NAS	文件级	普通以太网局域网	多设备文件共享	中等	低（家用友好）	家庭、小微企业文件共享
SAN	块级	独立存储专网	多服务器共享磁盘	高速低延迟	极高	大中型企业核心业务、数据库

知识点九：虚拟存储技术

知识点十：多处理机系统