计算机系统概述

拉近一台机器，再拉远到整个服务

触控玻璃、处理器芯片、内存、闪存和网卡都有物理形态，属于硬件。预约程序、处理的数据和说明程序的相关文档属于软件。教程在概述中把一台计算机分解为硬件子系统和软件子系统。继续往下，硬件有 CPU、存储器、输入设备和输出设备；CPU 承担运算与控制等功能。软件则按支撑作用分为系统软件与应用软件：操作系统管理资源，编译工具支持程序开发，预约应用实现检查时段等业务规则。

这些框表示“由什么组成”。把平板、交换机和服务器放回校园，观察问题变成“机器之间怎样交换数据”。网络提供连接环境，交换机自身仍有芯片、存储和控制软件。因此硬件、软件和网络可以同时出现在一个服务描述中；它们切分的尺度需要说清。

“存储器包括主存与外存”是教材图 2-1 的概述视角。换到 I/O 观察轴，磁盘也是由控制器和接口管理的外设。两个描述可以同时成立。CPU 读取主存中的指令或数据，与操作系统从磁盘文件装入数据，有不同机制；后文再把它们展开。

同一批部件，在运行中承担不同动作

平板的触控部件把动作变为输入，CPU 执行界面程序，显示部件呈现等待状态。请求经过网络抵达服务器，服务器上的预约应用检查时段，借助系统软件管理的运行与存储资源保存结果。随后返回的信息让平板显示成功。这里的先后取决于消息和业务条件；硬件组成图的上下位置并不表示执行次序。

系统软件与应用软件也有依赖关系。预约程序可以借操作系统的接口读写文件、使用网络，让资源管理集中在系统软件中。编译工具参与生成程序的开发过程，不必在每次点击预约时重新运行。浏览器、数据库等具体软件还可按职责进一步描述，2.3 将讨论这些层次。本节先抓住支撑与业务目标这条线。

同一设备可以有几种同时成立的描述

机房服务器能运行预约服务，也能换成文件服务；门禁控制器嵌在门禁设备中，主要完成凭证判断和驱动开门。教程图 2-2 给出通用计算机与嵌入式计算机的一种常见分类，再分别列个人计算机、网络服务器、超级计算机，以及通信、家电、可穿戴、医疗、交通、国防、金融等嵌入式用途。这是按主体功能粗分的示意，教材同时提醒技术融合会带来交叉。

电话手表同时具有可穿戴设备和移动通信终端特征；通信平板可以从个人计算机与通信终端的角度描述。这里是同一粗分类中功能融合带来的交叉。后面的用途、集成与部件，则是不同观察轴。平板、电话手表或智能手机具有多种功能。题目若明确教材分类或“以应用为中心、资源可裁剪”的嵌入式特征，就按其口径判断；工程讨论若关心应用扩展能力，还可以另外描述它具备哪些通用能力。先确定问题和范围，避免仅凭“可以装应用”排除所有嵌入式特征。

教材还列出结构、性能、规模、软件构成和特征、用途及服务对象等分类维度。结构看怎样组织部件，性能看处理表现，规模看资源与系统大小；软件构成和特征看软件怎样组织或工作；用途和服务对象看为谁完成什么任务。一个“大规模、高性能、采用多核结构、运行多种应用”的服务器，几种描述可以同时成立。具体指标怎样比较留到 2.9。

再看同一个门禁控制器。“嵌入式”描述它在较大设备中的用途定位；“采用 SoC”描述多种系统功能集成到芯片的形态；“含 CPU 或专用处理单元”描述内部部件。把 SoC、GPU、嵌入式系统排在同一层当互斥类别，比较对象就发生了变化。GPU 和 DSP 的计算特点留到 2.2，实时性与安全后果留到 2.4，它们也需要各自的判断条件。

功能如何实现，目标是否达成

门禁中的校验或图像处理，可以由 CPU 执行软件完成，也可以采用专用逻辑加速。FPGA 在设计时由描述和配置确定逻辑，运行时仍以物理电路工作。选择实现方式，要同时考虑处理需求、升级灵活性、数据搬运、成本和功耗。硬件加速改变局部的执行方式，是否改善整个服务要测量；2.9 会说明整体性能的时间基准。

回到开头：平板出现成功提示，门禁却查不到预约。仅有显示输出，无法证明服务器已保存、门禁拿到了相应数据。先核对成功提示代表哪个动作，再沿请求、保存和查询的证据检查边界。这一步只定位需要验证的环节，不预先断言某个组件故障。组成视角帮助找到对象，运行视角帮助找先后，用途视角帮助理解设备为何如此设计；同一个系统可以由这几种图共同解释。