1-3 完整的计算机系统

计算机系统的多层次结构
第三级是操作系统级。从操作系统的基本功能 来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资 源，另一方面它又是传统机器的延伸。
第四级是汇编语言级。这级的机器语言是汇编 语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
计算机系统的多层次结构
第五级是高级语言级。这级的机器语言就是各 种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译 的工作。
第六级是应用语言级。这一级是为了使计算机 满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是 各种面向问题的应用语言。
计算机系统的多层次结构
把计算机系统按功能划分成多级层次结构，有 利于正确理解计算机系统的工作过程，明确软件、 硬件在计算机系统中的地位和作用。
硬件和软件的关系
除去硬件和软件以外，还有一个概念就是固件 。固件是指那些存储在能永久保存信息的器件（如 ROM）中的程序，是具有软件功能的硬件。固件的 性能指标介于硬件与软件之间，吸收了软、硬件各 自的优点，其执行速度快于软件，灵活性优于硬件 ，是软、硬件结合的产物。
计算机软件系统
软件系统是在硬件系统的基础上，为有效地使 用计算机而配置的。
硬件和软件的关系
硬件是计算机系统的物质基础，正是在硬件高 度发展的基础上，才有软件赖以生存的空间和活动 场所，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从 谈起；同样，软件是计算机系统的灵魂，没有软件 的硬件“裸机”将不能提供给用户使用，犹如一堆 废铁。因此，硬件和软件是相程序概念
冯·诺依曼对计算机界的最大贡献在于“存储程 序控制”概念的提出和实现。60多年来，虽然计算 机的发展速度是惊人的，但就其结构原理来说，目 前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上 。通常把符合“存储程序概念”的计算机统称为冯· 诺依曼型计算机。
硬件和软件的关系
一个完整的计算机系统包含硬件系统和软件系 统两大部分。硬件通常是指一切看得见，摸得到的 设备实体；软件通常是泛指各类程序和文件，它们 实际上是由一些算法以及其在计算机中的表示所构 成的。
完整的计算机系统
存储程序概念
存储程序概念是冯·诺依曼首先提出来的，它可 以简要地概括为以下几点：
(1) 计算机硬件应由运算器、存储器、控制器、 输入设备和输出设备5大基本部件组成。
(2) 计算机内部采用二进制来表示指令和数据。 (3) 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中 ，然后再启动计算机工作，这就是存储程序的基本 含义。
计算机软件系统
•标准程序库：如监控程序，用于监视计算机工 作。
•服务性程序：如链接程序、编辑程序、调试程 序、诊断程序等。
•数据库管理系统：包括数据库和数据库管理软 件。
•计算机网络软件：为计算机网络配置的系统软 件。
计算机软件系统
广义语言包括机器语言、汇编语言、高级语言 和应用语言等。
机器语言（机器指令）是计算机能直接识别和 执行的语言，但用机器语言编写程序、阅读程序都 非常困难。
计算机软件系统
计算机软件按其功能分，有应用软件和系统软 件两大类。应用软件是用户为解决某种应用问题而 编制的程序；系统软件用于实现计算机系统的管理 、调度、监视、服务等功能。
计算机软件系统
通常将系统软件分为以下几类： •操作系统：有批处理系统、分时操作系统、实 时操作系统等。 •语言处理程序：如编译程序、汇编程序、解释 程序等。
计算机软件系统
计算机软件系统
解释程序的功能是对高级语言编写的源程序逐 句解释并立即执行，不保留目标程序，不生成可执 行程序。
计算机软件系统
编译程序的特点：全部翻译完毕后形成可执行 文件，以后可反复执行。
解释程序的特点：翻译一句执行一句，每次执 行都要重新翻译。
计算机系统的多层次结构
现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合 体，可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。
计算机软件系统
为了提高编程序、读程序的效率，产生了与机 器语言相对应的符号（助记符）语言，这种符号语 言后来就发展成了汇编语言。因为机器不认识汇编 语言，所以必须转换为机器语言才能执行。
计算机软件系统
高级语言是不针对具体机器的计算机语言，编 写程序和阅读程序都比较容易。用高级语言编写的 程序，也必须转换成机器语言才能执行。
计算机软件系统
语言处理程序（翻译系统）：将汇编语言或高 级语言翻译成机器码的程序。
三种类型的翻译器: 汇编器、编译器、解释器 。
计算机软件系统
汇编程序的功能把汇编语言程序转换成机器语 言。
计算机软件系统
编译程序的功能是把高级语言编写的源程序翻 译成目标程序，然后经过链接生成可执行程序，并 保存起来。有的高级语言以汇编语言作为中间输出 ，汇编程序把汇编语言的中间输出变成机器语言（ 目标程序），链接程序再把目标程序和存放在程序 库里的有关信息链接装配在一起，最终产生可执行 程序。
计算机系统的多层次结构
计算机系统的多层次结构
第0级是硬操作时序，这是计算机的内核，由门 、触发器等逻辑电路组成。
第一级是微程序级。这级的机器语言是微指令 集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬 件执行的。第二级是传统机器级。这级的机器语言 是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可 以由微程序进行解释。
在计算机系统中没有一条明确的硬件与软件的 分界线。原来一些由硬件实现的功能可以改由软件 模拟来实现，这种做法称为硬件软化，它可以增强 系统的功能和适应性；同样，原来由软件实现的功 能也可以改由硬件来实现，称为软件硬化，它可以 显著降低软件在时间上的开销。由此可见，硬件和 软件之间的界面是浮动的，对于程序设计人员来说 ，硬件和软件在逻辑上是等价的。