本章主要对计算机系统作了概述性的说明，指出了“计算机组成原理”课程的内容在整个计算机系统中的位置。主要内容包括：

(1)计算机系统的组成：分软件和硬件两部分。硬件和软件的界面是指令系统。

(2)计算机系统的层次结构：

①从机器使用者的角度来说，粗分为应用软件、系统软件和硬件三个层次。

②从程序设计员和机器硬件设计者的角度来说，细分为：高级语言虚拟机、汇编语言虚拟机、操作系统虚拟机、机器语言机器、微程序机器。

(3)硬件和软件的相互关系：

①两者相辅相成，缺一不可。

②两者都用来实现逻辑功能，同一功能可用硬件实现，也可用软件实现。

(4)冯诺依曼计算机结构的特点：

①有运算器、控制器、存储器、输入、输出五大部分组成。

②指令和数据用二进制表示，两者形式上没有差别。

③指令和数据存放在存储器中，按地址访问。

④指令由操作码和地址码组成，操作码指定操作性质，地址码指定操作数地址。

⑤采用“存储程序控制”方式进行工作。

(5)计算机硬件的基本组成和功能：

①运算器用来进行各种算术逻辑运算。

②控制器用来执行指令，送出操作控制信号，

③存储器用来存放指令和数据。

④输入和输出设备用来实现计算机和用户之间的信息交换。

(6)计算机的工作过程：

①用某种语言(高级语言或低级语言)编制程序，称为源程序。

②用语言处理程序(编译程序或汇编程序)将源程序翻译成机器语言目标程序。

③启动目标程序，将所含的指令和数据装入内存。

④从第一条指令开始执行：取指令、指令译码、取操作数，运算、送结果、PC指向下一条指令。

⑤重复第④步，周而复始地执行指令，直到程序所含指令全部执行完。

(7) 性能的定义：一般用程序的响应时间或系统的吞吐率表示性能。

(8) 性能的测量：

① 一般把程序的响应时间划分成CPU时间和等待时间，CPU时间又分成用户CPU时间和系统CPU时间。

② 因为操作系统对自己所花费的时间进行测量时，不十分准确，所以，对CPU性能的测量一般通过测量程序运行的用户CPU时间来进行。

(9) 各种性能指标之间的关系：

① CPU执行时间=CPU时钟周期数 x 时钟周期

② 时钟周期和时钟频率互为倒数

③ CPU时钟周期数 = 程序指令数 x 每条指令的平均时钟周期数CPI

(10) 性能评价程序的选择：

① 采用一组基准测试程序来对机器的性能进行评测。

② 有些制造商会针对评测程序中频繁出现的语句采用专门的编译器，使评测程序的运行效率大幅提高。因此有时基准评测程序也不能说明问题。

(11) 对于某种特定的指令集体系结构，提高计算机性能的主要途径有：

① 提高时钟频率

② 优化处理器中数据通路的结构以降低CPI

③ 采用编译优化措施来减少指令条数或降低指令复杂度