第二章1计算机体系结构与组织
《计算机导论》课程标准
《计算机导论》课程标准一、课程概述《计算机导论》是计算机科学与技术专业的一门必修课程，旨在引导学生了解计算机科学的基本概念、原理和方法，掌握计算机科学的基本知识和核心思想，为后续课程的学习打下坚实的基础。
二、课程目标1、掌握计算机科学的基本概念、原理和方法，了解计算机系统的基本组成、工作原理和性能特点。
2、掌握计算机程序设计的基本思想、方法和技能，能够进行简单的程序设计。
3、掌握数据库系统的基本原理、设计和应用，能够进行简单的数据库应用开发。
4、掌握计算机网络的基本原理、协议和应用，能够进行简单的网络配置和维护。
5、了解计算机科学的发展历程、趋势和前沿技术，培养学生对计算机科学的兴趣和爱好。
三、课程内容1、计算机基础知识：包括计算机系统的基本组成、工作原理和性能特点，计算机数值表示和计算方法等。
2、程序设计基础：包括程序设计的基本思想、方法和技能，数据类型、控制结构、数组和函数等。
3、数据库系统基础：包括数据库系统的基本原理、设计和应用，关系数据库系统、SQL语言等。
4、计算机网络基础：包括计算机网络的基本原理、协议和应用，TCP/IP 协议、HTTP协议等。
5、计算机科学前沿技术：包括人工智能、大数据、云计算、区块链等新兴技术的发展历程、趋势和应用。
四、课程实施1、理论教学：采用多媒体课件、板书等多种教学手段，注重基本概念、原理和方法的讲解，帮助学生建立计算机科学的基本知识体系。
2、实验教学：设置多个实验项目，包括编程实验、数据库操作实验、网络配置实验等，帮助学生加深对理论知识的理解和掌握。
3、课程讨论：组织学生进行小组讨论和交流，鼓励学生提出问题和解决问题，培养学生的合作精神和沟通能力。
4、课外拓展：推荐优秀学生阅读计算机科学相关的经典著作和前沿文献，引导学生深入了解计算机科学的发展历程和趋势。
五、课程评价1、平时成绩：包括课堂表现、作业完成情况、实验操作等，占总评成绩的30%。
2、期末考试：采用闭卷考试形式，考核学生对课程基本概念、原理和方法的掌握程度，占总评成绩的70%。
计算机体系结构知识点
第一章计算机体系结构得基本概念1 计算机系统结构得经典定义程序员所瞧到得计算机属性，即概念性结构与功能特性。
2 透明性在计算机技术中，把这种本来存在得事物或属性，但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。
3 系列机由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。
4 常见得计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法、冯氏分类法Flynn 分类法把计算机系统得结构分为4 类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)5 改进后程序得总执行时间系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比6CPI(Cycles Per Instruction ):每条指令执行得平均时钟周期数CPI = 执行程序所需得时钟周期数／IC7 存储程序原理得基本点：指令驱动8冯•诺依曼结构得主要特点1 以运算器为中心。
2 在存储器中，指令与数据同等对待。
指令与数据一样可以进行运算，即由指令组成得程序就是可以修改得。
3 存储器就是按地址访问、按顺序线性编址得一维结构，每个单元得位数就是固定得。
4 指令得执行就是顺序得5 指令由操作码与地址码组成。
6 指令与数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。
9 软件得可移植性一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。
差别只就是执行时间得不同。
我们称这两台计算机就是软件兼容得。
实现可移植性得常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。
软件兼容：向上（下）兼容：按某档机器编制得程序，不加修改就能运行于比它高（低）档得机器。
向前（后）兼容：按某个时期投入市场得某种型号机器编制得程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场得机器。
向后兼容就是系列机得根本特征。
兼容机：由不同公司厂家生产得具有相同系统结构得计算机。
10 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
第2章计算机体系结构属性优选
第二章计算机体系结构属性优选软件与硬件的功能分配是计算机体系结构设计的关键，是确定计算机体系结构属性的基础，而计算机体系结构属性包括数据表示、指令系统、存储部件管理(含寻址技术、数据存放、程序定位、存储保护)、总线与输入输出控制(含中断机构)等方面的内容。
为避免与计算机组成原理等其它课程重复，本章从软硬件功能分配出发，着重讨论计算机体系结构属性的优化或选择技术。
2.1 数据表示及其格式结构【问题小贴士】信息感觉媒体多种多样，从外部形态来看，有数值布尔的、字符文字的、图形图像的、声音视频的等。
理论上任何外部形态的数据均可以采用二进制数表示，但由于效率与通用性的限制，对一台特定计算机来讲，仅部分外部形态的数据实现了数据表示，所以数据表示配置是最基础的软硬件功能分配。
①一个整数如26、一个字符如E等数据与一个树、一个文件等数据，它们各自有什么共性，它们是否都可以采用二进制编码直接表示出来呢？若可以，举例说明怎样表示？若不可以，为什么呢？②不同类型数据做同一运算的运算规则是不同的，如整数加是末位对齐、实数加是小数点对齐，所以数据做运算之前，应该区分其类型。
高级语言是通过类型说明语句指示了数据类型，那么机器语言是如何指示数据类型呢？若采用8086汇编语言来编写二个8421码十进制数相加程序时，在“ADD”指令之后必须配置“DAA”指令，为什么？③在“计算机组成原理”课程中已知：浮点数通常采用IEEE 754标准，该标准规范了许多格式参数如阶码基值、尾数基值、尾数位数、阶码位数等，而这些参数对浮点数特性是有影响的如阶码位数越多、浮点数范围越大等，那么这些参数权衡选取的依据是什么呢？怎样权衡选取呢？④上述问题的解决涉及许多具体操作方法，还需要通过练习来掌握直至熟悉。
2.1.1 数据表示及其选取原则1. 数据类型及其分类人们可能接触到的不同外部形态的感觉媒体很多，这些感觉媒体信息必须采用若干位二进制数来表示，由此便形成了许多类型。
计组重点与难点
*难
点
要求运用以前学过的电路知识和本章所 学的半导体存储芯片，设计存储器和CPU 学的半导体存储芯片，设计存储器和CPU 的连接电路。注意要合理选用芯片， 的连接电路。注意要合理选用芯片，以及 和存储器芯片之间的地址线、 CPU 和存储器芯片之间的地址线、数据线 和控制线的连接， 和控制线的连接，特别是存储芯片片选逻 辑的确定。 辑的确定。 本章另一个难点是掌握不同的Cache Cache本章另一个难点是掌握不同的Cache-主 存地址映象直接影响主存地址字段的分配 及替换策略和命中率。 及替换策略和命中率。
*难
点
本章概念、名词较多， 本章概念、名词较多，这些只是为 进一步深化学习打下基础， 进一步深化学习打下基础，因此严格 讲本章没什么难点， 讲本章没什么难点，只要建立计算机 组成的框架即可。 组成的框架即可。对指令和数据都以 代码存于存储器中， 0 或1 代码存于存储器中，计算机如 何区分它们这一问题， 何区分它们这一问题，应特别注意重 点理解。 点理解。
第二章计算机的发展和应用 *重 点 了解从1946 诞生到二十世纪五、 了解从1946 年ENIAC 诞生到二十世纪五、六十年 由于构成计算机的元器件发展变化（由电子管→ 代，由于构成计算机的元器件发展变化（由电子管→ 晶体管→集成电路），使计算机的性能有了很大提高， 晶体管→集成电路），使计算机的性能有了很大提高， ），使计算机的性能有了很大提高 每隔6 计算机便更新换代一次， 每隔6 至7 年，计算机便更新换代一次，运算速度约 提高一个数量级。而到了二十世纪七十年代， 提高一个数量级。而到了二十世纪七十年代，自从 公司生产了第一个微处理器芯片后， Intel 公司生产了第一个微处理器芯片后，随着集成 度成倍的提高，以每隔18 度成倍的提高，以每隔18 个月芯片上的晶体管数就 翻一番的速度使计算机得到极为广泛的应用，以至整 翻一番的速度使计算机得到极为广泛的应用， 个社会从制造时代进入到信息时代， 个社会从制造时代进入到信息时代，出现了知识大爆 从而要激发学习本课程的积极性和主动性。 炸，从而要激发学习本课程的积极性和主动性。
清华大学出社第二章计算机基础知识(ppt)
字(Word)：字由若干字节构成(一般为字节的整数倍)， 如16位、32位、64位等。
内存储器的访问过程
存储器的访问过程：向[0001]单元写数据
地址0001 控制:写
清华大学出社第二章计算 机基础知识(ppt)
（优选）清华大学出社第 二章计算机基础知识
计算机系统的组成
中央处理 器（CPU）
运算器、控制器、寄存器
计
算
计 算 机
机 硬 件
系
统
存储器
输入 设备 输出 设备
内存 外存
随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM）
软盘、硬盘、光盘、U盘
键盘、鼠标、扫描仪
显示器、打印机、投影仪
计算 机软 件
系统 软件
应用 软件
操作系统、语言处理程序、数据库管理系 统、服务程序
应用软件包、用户程序
2.1.1 计算机硬件系统的组成
主机
输出设备 外设
外存设备
输入设备 网络设备
冯.诺依曼体系结构
冯.诺依曼确立了至今仍然沿用的计算机体系结构，提出了存储的
概念，将数据和指令一起存储。这个概念被誉为“计算机发展史上 的一个里程碑”，标志着现代电子计算机时代的真正开始。
冯.诺依曼计算机的特征
计算机内信息（数据和控制信息）用二进制表示
“逢二进一”：1+0=1，1+1=10，0+0=0 特点：可行性、简易性、逻辑性、可靠性、不直观
计算机硬件由五大部分组成
控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备
计算机组织与结构体系
21
计算机系统概论
1.运算器 运算器 主要功能是进行加、 除等算术运算,还可 主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算 还可 进行逻辑运算。 进行逻辑运算。 根据电子器件的特性,计算机中通常采用二进制 根据电子器件的特性 计算机中通常采用二进制 二进制的数是以2为基数来计数 为基数来计数， 数。二进制的数是以 为基数来计数，也就是 逢二进一” 在二进制数中，只有0和 两个数 “逢二进一”。在二进制数中，只有 和1两个数 目字。 和 可以用电压的高低 可以用电压的高低， 目字。1和0可以用电压的高低，脉冲的有无来表 这种电压的高低，脉冲的有无， 示。这种电压的高低，脉冲的有无，在电子器件 中很容易实现，而且设备也最省。 中很容易实现，而且设备也最省。
关于我
• 论文情况 – 自任教以来，共发表国内外论文（含合作）10多篇 自任教以来，共发表国内外论文（含合作） 多篇 • 专利情况 – 已授权专利 项 已授权专利2项 – 申请专利 项 申请专利4项 • 科研获奖： 科研获奖： 1．“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”，陕西省 ． 光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用” 科学技术奖（证书编号： ），二等 科学技术奖（证书编号：08-2-4-R3），二等，第三 ），二等， 完成人， 完成人，2009； ； 2．“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”，陕西省 ． 光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用” 高等学校科学技术奖（证书编号： ），一等 高等学校科学技术奖（证书编号：08B25），一等， ），一等， 第三完成人， 第三完成人，2008。 。
23
计算机系统概论
24
计算机系统概论
2.存储器 存储器 目前采用半导体器件来担当此任务。我们知道， 目前采用半导体器件来担当此任务。我们知道， 一个半导体触发器由于有0和 两个状态， 一个半导体触发器由于有 和1 两个状态，可以 记忆一个二进制代码。一个数假定用16位二进制 记忆一个二进制代码。一个数假定用16位二进制 代码表示,那么就需要有 那么就需要有16个触发器来保存这些 代码表示 那么就需要有 个触发器来保存这些 代码。通常，在存储器中保存一个数的16个触发 代码。通常，在存储器中保存一个数的 个触发 称为一个存储单元。 器,称为一个存储单元。存储器是由许多存储单元 称为一个存储单元 组成。每个存储单元的编号,称为地址 称为地址。 组成。每个存储单元的编号 称为地址。向存储器 中存数或者从存储器中取数， 中存数或者从存储器中取数，都要按给定的地址 来寻找所选的存储单元。 来寻找所选的存储单元。
计算机体系结构
第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。
第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。
2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。
3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。
5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。
Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。
缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。
②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。
T系统型号=（k，d，w）。
③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。
6、*Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。
实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。
加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。
02325自考计算机系统结构重点提纲已排版
第一章概论第一节计算机系统的多级层次结构机器：指能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构的集合体。
翻译技术：指先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后在低一级机器上实现的技术。
解释技术：指在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条指令或指令的功能，是通过对机器语言指令程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
固件：指一种具有软件功能的硬件。
虚拟机器：指以软件为主实现的机器。
第二节计算机系统结构、计算机组成和计算机实现系统结构：是对计算机系统中的各级界面的定义及其上下的功能分配。
透明：即如果客观存在的事物或属性从某个角度看不到，则称对它是透明的。
计算机系统结构：也称为计算机系统的体系结构（Computer Architecture），是系统结构中的一部分，它指的是层次结构中传统机器级的系统结构，是软件和硬件的交界面。
通用机计算机系统结构的属性包括：（书大纲）确定数据表示、确定寻址方式、设置寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、机器级的管态用户态定义、I/O系统、信息保护机构计算机组成（Computer Organization）：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机组成设计应包括：数据通路宽度、专用部件的设置、各种操作对部件的共享程度功能部件的并行度、控制机构的组成方式、缓冲和排队技术、预估预判技术、可靠性技术计算机实现：指的是计算机组成的物理实现。
包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分等。
计算机系统结构、组成和实现的相互关系和影响：1.相同系统结构，可以采用不同的组成；2.一种组成可以有多种不同的实现方法；3.采用不同的系统结构会使可以采用的组成技术产生差异；4.组成也会影响结构，例如微程序影响机器指令。
第三节计算机系统的软、硬件取舍及定量设计原理软、硬取舍的基本原则：1.在现有硬、器件的条件下，系统要有高的性能价格比。
计算机科学导论课程考核知识点
《计算机科学导论》课程考试重点知识一、考试范围：1~9，11、13章，每章都有一定量的题目。
二、习题中的选择题全部要求。
三、各章节的重点如下：第1章概述1.电子计算机的发展过程电子计算机的发展过程2.计算学科的根本问题计算学科的根本问题3.计算机科学与技术学科的定义计算机科学与技术学科的定义第2章计算机体系结构与组织1．计算机采用二进制的原因．计算机采用二进制的原因2．数制的表示及转换．数制的表示及转换3．定点数及其表示方法．定点数及其表示方法4．数值数据的原码、反码、补码．数值数据的原码、反码、补码5．英文字符的计算机编码(ASCII码) 6．简单的逻辑运算．简单的逻辑运算7．微型计算机硬件组成．微型计算机硬件组成8．冯•诺依曼模型及特点诺依曼模型及特点9．CPU和主机的概念。
和主机的概念。
10．计算机软件．计算机软件11. 计算机系统的主要技术指标计算机系统的主要技术指标12．计算机的基本运行方式．计算机的基本运行方式13. 输入输出系统的基本组成输入输出系统的基本组成第3章程序设计语言1．程序的概念．程序的概念2. 常见的程序低级语言和高级语言有哪些常见的程序低级语言和高级语言有哪些3. 高级语言的共同特性高级语言的共同特性4、语言处理的基本过程、语言处理的基本过程第4章程序设计基础1．结构化程序设计思想．结构化程序设计思想2. 结构化程序设计中常见的程序结构结构化程序设计中常见的程序结构3. 好的程序设计风格有哪些好的程序设计风格有哪些4、数据结构的概念、数据结构的概念5、数据的逻辑与物理结构、数据的逻辑与物理结构6、典型的几种数据结构运算及实现、典型的几种数据结构运算及实现第5章算法与复杂性1．算法的定义及基本特征．算法的定义及基本特征2．常用的算法描述工具．常用的算法描述工具3．算法设计的原则．算法设计的原则第6章1．信息的概念及特点．信息的概念及特点2. 信息系统的要素信息系统的要素3. 数据，数据库的基本概念数据，数据库的基本概念4．DBMS 的组成部分的组成部分5．数据库系统的组成．数据库系统的组成 6．数据库SQL 的特点及功能的特点及功能第7章 软件工程1．软件的生命周期．软件的生命周期2．软件工程的概念．软件工程的概念3．软件复杂性的度量要素．软件复杂性的度量要素4．软件可靠性的含义及可靠性指标第8章 操作系统 1．操作系统的概念．操作系统的概念2．并发、进程、地址空间的概念．并发、进程、地址空间的概念3. 操作系统的基本组成操作系统的基本组成4．操作系统的功能．操作系统的功能5. 主流操作系统有哪些主流操作系统有哪些第9章 网络计算1．不同分类的数据通信方式．不同分类的数据通信方式 2．数据传输方式．数据传输方式3．计算机网络的概念．计算机网络的概念4．资源子网和通信子网的组成．资源子网和通信子网的组成5．链路与通路．链路与通路6．计算机网络的拓扑结构及其每种拓扑结构的特点．计算机网络的拓扑结构及其每种拓扑结构的特点7．网络协议的组成．网络协议的组成8．网络体系结构（OSI/RM 模型） 9．TCP/IP 协议的体系结构协议的体系结构10．IP 地址的概念及其分类地址的概念及其分类1111．计算机网络安全技术中防火墙．计算机网络安全技术中防火墙．计算机网络安全技术中防火墙(Firewall)(Firewall)(Firewall)的基本功能及其技术分类的基本功能及其技术分类的基本功能及其技术分类第11、13章1．人机交互界面的主要形式．人机交互界面的主要形式2．人机界面的设计原则．人机界面的设计原则3．多媒体概念．多媒体概念4．数学建模概念．数学建模概念5. 计算机模拟的概念计算机模拟的概念。
计算机体系结构复习重点2018-2019-2
《计算机体系结构》复习提纲第一章基本概念1.1 多级层次结构和机器级的实现技术一，多级层次结构概念二，机器级的实现技术●翻译和解释或这两者的结合是各机器级实现的主要方法。
●掌握翻译或解释概念和方法，注意两者的区别。
●问题：某级机器用硬件实现，还是用软件实现？⏹在逻辑功能上，软件和硬件是等效的。
原理上，软件实现的功能完全可以由硬件实现，硬件实现的功能也完全可以由软件模拟完成。
⏹但软件和硬件的性能价格比是不等效的。
1.2 系统结构、组成与实现及相互关系系统结构定义：计算机体系结构是对各机器级界面的划分、定义及上下级功能分配。
●按照计算机系统的多级层次结构，不同机器级的界面有很大不同，这意味着每个机器级都有其系统结构。
●计算机体系结构概念的实质是计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。
●“指令集结构”就是软硬件之间的界面之一。
●传统机器级界面(软硬件界面)：机器语言程序员所看到的计算机系统的属性。
包括：✓数据表示 ✓寻址方式 ✓寄存器组织 ✓指令集✓存储系统 ✓中断系统✓机器工作状态的定义和切换✓输入输出系统✓信息保护透明性定义：本来存在的事物或属性，从某个角度看却好象不存在。
传统机器级的属性对高级语言程序员来说是透明的。
哪些透明？作业1-6，1-7计算机组成的定义：对系统结构的逻辑实现。
包括：机器级内部的数据流、控制流的组成及逻辑设计、部件功能、部件间的联系等。
所解决的问题：在所希望达到的性能价格下，如何最佳、最合理地把各种设备和部件组织在一起，以实现所确定的系统结构。
计算机组成的设计内容：✓数据通路宽度✓专用部件设置✓操作对部件的共享程度 ✓功能部件的并行度 ✓控制机构的组成方式 ✓缓冲和排队技术✓预估、预判技术✓可靠性技术 等计算机实现的定义：对计算机组成的物理实现，包括：✓处理机、主存等部件的物理结构✓器件的集成度和速度✓器件、模块、插件、底板的划分和连接✓专用器件设计✓信号传输；✓电源、冷却、微组装技术、✓整机装配技术等其中，器件技术在实现技术中起主导作用系统结构、组成和实现的关系：⏹三个不同的概念，即互相联系，又互相影响。
微机8088第二章
15
1 0 0 1 1
OF DF IF TF SF ZF
0 1 0 1
AF PF
0
CF
FR
实模式下标志寄存器有9个标志位：6个状态标志位，3个控制标志位 状态标志位反映算术或逻辑运算后结果的状态： CF——进/借位标志。D7/D15向高位有进/借位，CF为1，否则为0。 PF——奇偶标志，运算结果中1的个数为偶数置1 AF——辅助进/借位标志，低4位/ 8位向高位产生进/借位置1，用于十进 制数运算调整。 ZF — 零标志，结果为0置1 SF ——符号标志，与运算结果的最高位相同。 OF — 溢出标志。反映有符号数作加法或减法运算时，运算结果是否 出现溢出的状态。OF=1，溢出。 字节：+127~-128； 字：+32767~-32768
微处理器的集成度
•指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 •最早Intel 4004的集成度为2250个晶体管，Pentium III的集 成度已经达到750万个晶体管以上，集成度提高了3000多倍 。
微处理器的发展概况 1971年～1977年是微处理器发展的早期阶段:
1971年：Intel 4004，是世界上
第三代：80386（1985年-1988年）
•第一个实用的32位微处理器，采用了 1.5m工艺，集成了275,000个晶体管 ，工作频率达到16MHz。80386的内 部寄存器、数据总线和地址总线都是 32 位 的 。 通 过 32 位 的 地 址 总 线 ， 80386的可寻址空间达到4GB。
•80386的其他一些版本：80386SX，包含16位数据总线 和24位地址总线，寻址空间为16MB；80386SL／ 80386SLC，包含 l6位数据总线和25位地址总线，寻址 空间为32MB。由于这些微处理器由于与I/O之间传输 为16位，故也称为准32位微处理器。
知识点 计算机组成原理
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
第二章 计算机系统基础
目前常用的办公软件有Microsoft公司的Microsoft
Office和我国金山公司的WPS Office。
（2）多媒体制作软件
多媒体制作软件是用于录制、播放、编辑声音
和图形图像等多媒体信息的一组应用程序。 处理声音的软件 Wave studio、Mixer 处理图形图像的软件AutoCAD、PhotoShop 动画制作软件Flash、3DS Max
汇编语言： 第二代计算机程序设计语言 最接近机器指令的一种语言 用便于人们记忆的符号来替代机器指令的操 作码
注意：CPU不能直接理解和执行用汇编语言编写的程 序，必须通过汇编程序将汇编语言的指令翻译成机 器语言指令表示的目标程序才能被机器理解和执行。
例2.2 A=15+10的汇编语言程序如下：
（3）Internet服务软件
Internet服务软件主要包括：
浏览器
电子邮件软件
文件传输软件
（4）娱乐与学习软件 CAI(Computer Assisted Instruction)计算机辅 助教学。
2.1.2 计算机基本工作原理
指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。
指令
数(位宽)
字长：单位时间内能一次处理的二进制的位数。 通用寄存器的位数：等于字长
BIOS芯片：存有与该主板搭配的基本输入输出系统 程序，能够让主板识别各种硬件，还可以设置引导系 统的设备，调整CPU外频等。 北桥芯片：主板芯片组中起主导作用的最重要的组成 部分，负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数 据在北桥内部传输。 芯片组的名称就是以北桥芯片的名称命名的，例如 Intel 875芯片组的北桥芯片是82875P。
外部设备
输入设备（鼠标、键盘等）
计算机体系结构与组织
计算机体系结构与组织计算机体系结构与组织是计算机科学中的一个重要概念，它涉及到计算机硬件的组成和设计原则，以及计算机系统的层次结构和功能划分。
本文将介绍计算机体系结构与组织的基本概念、主要组成部分以及其在计算机科学中的应用。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构指的是计算机硬件组成和相互连接的方式，以及指令和数据在计算机系统中的传输和处理方法。
计算机体系结构包括计算机的组成部分、其功能和性能，以及与软件系统的接口。
计算机体系结构的主要目标是提供一种良好的计算机工作环境，以便用户可以方便地使用计算机。
它还包括处理器的类型和数量、内存的组织和容量、输入输出设备的种类和接口等。
二、计算机体系结构的主要组成部分1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机体系结构的核心部分，负责执行计算机的指令和控制计算机的操作。
CPU包括运算器（ALU）和控制单元。
运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制单元负责控制指令的执行顺序和操作。
2. 存储器：计算机的存储器用来存储指令和数据。
存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机内存的一部分，用来存储正在执行的程序和相关的数据。
辅助存储器则用来存储大量的数据和程序，如硬盘、光盘等。
3. 输入输出设备：输入输出设备是计算机与用户进行信息交互的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备用于将用户的指令和数据输入计算机系统，输出设备用于将计算机处理结果输出给用户。
4. 总线：计算机体系结构中的总线负责将数据和指令在各个部件之间传输。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输存储器或设备的地址信息，控制总线用于传输控制信号。
三、计算机体系结构的应用计算机体系结构在计算机科学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 计算机系统设计：计算机体系结构的设计是计算机系统设计的重要环节。
在设计计算机体系结构时，需要考虑到系统的性能需求、硬件限制和成本等因素。
计算机体系结构与组织
计算机体系结构与组织计算机体系结构与组织是计算机科学中的重要概念，它涉及着计算机硬件和软件之间的关系以及它们如何协同工作。
本文将详细介绍计算机体系结构与组织的概念、原理和应用，并附带相应的答案和解析，以帮助读者更好地理解和掌握这一领域。
第一部分：概述计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的结构和组织方式。
它涉及到计算机中各个组件的功能和关系，以及它们如何协同工作来完成特定的任务。
计算机体系结构主要包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
它们通过总线进行信息的传递和交互。
第二部分：计算机体系结构的原理1. 冯·诺依曼体系结构：冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基础，它采用了以存储程序的方式来执行指令，同时将数据和指令存储在同一内存中。
这种体系结构的特点是具有顺序执行和存储程序的特性。
2. 指令集架构：指令集架构是定义了计算机的指令集和执行方式的规范。
它将指令分为不同的类型，并定义了每种类型的操作码和操作数。
常见的指令集架构有精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
3. 并行处理：并行处理是指计算机同时执行多个任务或多个指令。
它可以提高计算机的处理速度和效率。
并行处理可以通过多核处理器、GPU等实现。
第三部分：计算机体系结构的应用1. 超级计算机：超级计算机是应用计算机体系结构的典型代表。
它具有大规模的处理能力和高性能的存储系统，常用于科学计算、天气预报、核能模拟等领域。
2. 服务器与集群：服务器和集群是应用计算机体系结构的硬件设备。
它们具有高性能、高可靠性和可扩展性的特点，用于提供网络服务、存储数据等。
3. 嵌入式系统：嵌入式系统是应用计算机体系结构的一种特殊形式。
它们通常被嵌入到其他设备中，如智能手机、汽车、工业控制系统等。
第四部分：答案和解析以下是对一些常见问题的答案和解析：1. 什么是计算机体系结构？答案：计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的结构和组织方式。
第2章 计算机体系结构与组织
真值与机器数
第2章 计算机体系结构与组织
第2章 计算机体系结构与组织
学习目标
了解数据的机器编码、微型计算机系统的组成、存储系 统的组织结构、基本的输入/输出系统、计算机系统的 分类、多核技术、高性能计算机、并行计算机、网络计 算机、分布式系统。
掌握数值数据的表示和计算、非数值数据的编码、数字 逻辑与数字系统。
2.1.1 数的表示及数制转换
除了十进制外，其他进制，如十二进制(时钟)等也在生 活中使用。而在计算机内所有的数据都是以二进制代码 的形式存储、处理和传送，但是在输入/输出或书写时， 为了用户的方便，也经常用到八进制和十六进制。
在十进制系统中，进位原则是“逢十进一”。由此可知， 在二进制系统中，其进位原则是“逢二进一”；在八进 制系统中，其进位原则是“逢八进一”；在十六进制系 统中，其进位原则是“逢十六进一”。
000000 000000
码
+1
+(２ｎ-１-１)
00
00
关于-0的问题
[-0]补=00000000B
[+0]补=00000000B
[-128]补=10000000B
例： -64
1100 0000
+ -64
+ 1100 0000
-128
11000 0000=[-128]补 符号位进位丢掉
-128
计算机体系结构与组织
计算机体系结构与组织计算机体系结构与组织是计算机科学中一门重要的学科，它研究了计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机内部组件之间的交互工作方式。
在本文中，我们将探讨计算机体系结构与组织的基本概念、发展历程以及对计算机发展的重要意义。
一、基本概念计算机体系结构是指计算机系统中，各个组成部分相互连接和协调工作的方式和原则。
它关注的是计算机硬件系统的层次结构、组成和功能以及计算机与外部设备之间的交互方式。
计算机组织是指计算机内部各个硬件模块之间的关系和工作方式。
它主要研究计算机内部数据的存储和传输机制、指令的执行过程以及控制策略等。
二、发展历程计算机体系结构与组织的研究起源于二十世纪四五十年代的早期计算机技术。
当时，计算机还处于巨大机器的阶段，主要用于科学计算和军事应用。
随着计算机技术的发展，计算机逐渐实现了小型化、个人化，计算机的体系结构和组织也发生了重大变化。
50年代末，冯·诺依曼提出的存储程序控制的计算机体系结构成为了现代计算机体系结构的基础。
在这种体系结构下，程序和数据被存储在同一个存储器中，通过指令的执行来控制计算机的操作。
60年代，出现了第三代计算机，采用了大规模集成电路技术，计算机的性能得到了进一步提升。
同时，计算机组织方面也取得了重要的突破，引入了高速缓存、流水线等技术，提高了计算机的运行效率。
70年代至今，计算机体系结构与组织的研究进入了多核和并行计算的时代。
为了进一步提高计算机的性能，人们开始探索多个处理器同时工作的方式，进而形成了多核处理器。
三、重要意义计算机体系结构与组织对计算机发展具有重要意义。
首先，它为计算机的设计和开发提供了基本原则和指导方针。
计算机体系结构和组织的研究成果可以优化计算机的性能，提高计算效率。
其次，计算机体系结构与组织对计算机应用有着重要的影响。
不同的体系结构和组织形式适合处理不同的应用场景，通过研究和选择合适的体系结构和组织，可以为特定的应用提供更好的计算能力和资源管理能力。
计算机硬件与系统软件-大纲
《计算机硬件与系统软件》教学大纲课程编号：070423B课程类型：□通识教育必修课□通识教育选修课□专业必修课 专业选修课□学科基础课总学时：48 讲课学时：32 实验（上机）学时：16学分：3适用对象：（专业名称）信息管理与信息系统先修课程：程序设计基础(C)一、教学目标《计算机硬件与系统软件》是首都经济贸易大学信息学院电子商务技术方向和IT管理方向专业的核心课程，是计算机应用专业和软件专业必修的主要专业基础课和主干课程；在教学计划中占有重要地位和作用。
该课程的主要任务是讲授计算机硬件的基本结构，操作系统的基本原理，并简单介绍编译原理。
目标1：使学生掌握计算机硬件的组成原理及实现技术，系统地、正确地建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。
目标2：使学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，并具有初步认识、分析实际操作系统的能力。
目标3：了解操作系统对计算机系统资源实施管理的基本方法和技术，为学生今后学习计算机的其它课程和在相关领域开展工作打下坚实的基础。
目标4：掌握编译技术的原理及基本过程。
二、教学内容及其与毕业要求的对应关系该课程的主要教学内容为三部分：计算机硬件，操作系统以及编译原理。
计算机硬件部分的内容主要是计算机组成原理及实现技术，系统地讲解计算机系统的整体概念及原理。
操作系统部分注重操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术。
编分的设计原理译原理部分系统地向学生介绍编译系统的结构、工作原理以及编译程序各组成部。
采用课堂讲授与课下自学相结合的方法。
在多功能教室中采用电子教案授课，或在连网的机房中采用交互式边讲边练的方式授课。
授课时以基本知识点为主结合计算机的特点，注意引入学科新知识、新动态，提高授课质量，加大课堂信息量。
要求学生对高级语言有一定的了解，对二进制等计算机基础知识掌握良好。
由于本门课程授课班大、专业性强等特点，布置适当的笔头作业，作业批改方式可采用习题课集体批改、电子邮件、网上实时交互等方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
2 x 0
补码表示法
补码表示法的思想：使符号位参加运算，从而简化 加减法的规则；将减法运算转化成加法运算．从而 简化机器的运算器电路。 同余：即两整数A、B除以同一正整数M，所得余 数相同、则称A、B对M同余。 同余的两个数，具有互补关系。 一个数减去小于模的另一个数，可以用加上模与 该数的绝对值之差来代替，即减法运算可以转换 成加法运算。 8－2＝10＋8＝6（mod 12）
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
【例1】将十进制整数（105）10转换为二进制数，采用 “除2倒取余”的方法，过程如下： 解:
所以,（105）10＝（1101001）2
重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练
②十进制纯小数转换为二进制数
方法: “乘2取整”, 即把十进制纯小数乘以2, 取其整数(该 整数部分不再参加后继运算), 乘积的小数部分再乘以2, 取整…, 直到乘积的小数部分为0. 然后把每次乘积的整 数部分按正序规则排序, 即为等值的二进制数.
王练
2.计数制的书写规则
（1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。
例: 1001B,3456Q,10FAH,3578D
（2）在括号外面加数字下标。
例：（1001）2 ,（1001）8
,(2DF2)16
（3）无任何标注默认为十进制数
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
2．2．2 数值转换
(1)任意进制转换为十进制 方法:按权展开把每个数位上的代码和该数位的权值相 乘,再累加和即可得到等值的十进制数.
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
[Y]反码＝10100100B
王练
2)机器数的移码
移码的表示方法有所不同,其符号位为0表示负,为1 表示正;无论正数、负数还是零,均可在补码表示的 基础上通过将符号位取反来获得.
原码
＋81＝01010001 －81＝11010001 ＋0＝00000000 －0＝10000000
【例2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数， 采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：
注意:如果出现乘积的小
数部分一直不为“0”，则 可以根据精度的要求截取 一定的位数取近似值。
所以,（0.8125）10＝（0.1101）2
重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练
③十进制带小数转换为二进制数 方法:整数部分“除2倒取余”, 小数部分“乘2取整”, 然后再进行组合. 【例3】
重庆邮电学院计算机科学与技术学院 王练
（6）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数
方法: 连续用基数8或基数16去乘以该十进制小数, 直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次 乘积的整数部分。
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
二进制与十六进制的相互转换
方法：四位二进制对应一位十六进制（整数部分从 右到左，小数部分从左到右）
2
( A90E)16 10*163 9 *162 0 *161 14*160 43278
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
(2)十进制数转换为二进制数
根据该十进制数的类型决定转换方法.
①十进制整数转换为二进制数
方法:“除二倒取余”,即十进制整数被2除,取其 余数,商再被2除,取其余数…直到商为0时结束运算, 然后把每次的余数按倒序规则排列就得到等值的二 进制数.
例：将1011101001.110101B转换为十六进制数 解： 整数部分：0010 1110 1001 2 E 9 小数部分：1101 0100 D 4 故1011101001.110101B=2E9.D4H
二进制与十六进制的相互转换
例：将5A.3BH转换为二进制数 解： 5 A . 3 B 101 1010. 0011 1011 故5A.3BH=1011010.00111011B
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
【例9】机器字长n=8 ,真值X＝＋1011011B ,Y＝－1011011B 分别求其原码、反码及补码. 解:根据定义得: X为正时 [X]原码＝ [X]反码＝ [X]补码＝01011011B Y为负时 [Y]原码＝11011011B [Y]补码＝10100101B
进位计数制 二进制数 八进制数 十进制数 十六进制数 基数
2 8 10 16
数
0，1
码
权重
2i 8i 10i 16i
符号
B Q D H
0，1，2，3，4，5，6，7 0，1，2，3，4，5，6，7, 8，9 0，1，2，3，4，5，6，7，8， 9，A，B，C，D，E，F
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
(11.8125 10 (10111101 2 ) . )
(3)二进制数转换为十六进制数
方法:从小数点开始分别向左或向右，将每4位二进制数分 成1组，不足4位的补0，然后将每组用一位十六进制数表示 即可。 【例4】
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
(4)十六进制数转换为二进制数
方法: 将每一位十六进制数可用4位等值二进制数表示。 【例5】
2.2.3 码制
1.基本概念
真值数: 用“+/-”表示数正负的数, 如 X= -1011101B. 机器数:符号数值化,用符号位上的0、1来表示数的正、负, 如Y=11011101B.
2.计算机中使用的两种数:
无符号数:为正整数, 无符号位. 若机器字长为n,其数值范围为 0~ 2n . 有符号数:有4种表示方法原码[X]原, 反码[X]反 ,补码[X]补 和移 码[X]移.
【例6】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数，采 用“除16倒取余”的方法，过程如下：
16 ︳2347
16 ︳146 …
余数
11（十六进制数为B）
16 ︳ 9
0
…
…
2
9
所以，（2347）10＝（92B）16
重庆邮电学院计算机科学与技0转换为二进制数 将3ADH转换为十进制数
又如x=-10100
[x]移 = 25 - 10100 = 0,01100
当x=０
［+0］移＝２5+0 =1,0000 ［-0］移＝２5-0 =1,0000
在移码表示中，真值0的表示形式是唯一的。
总结
•机器数比真值数多一个符号位.
•正数的原码、反码、补码的数值部分与真值数相同. •负数原码的数值部分与真值数相同;负数反码的数值部分为真 值数按位取反;负数补码的数值部分为真值数按位取反末位加1. •原码和反码各有两种零的表示法，而补码具有唯一的零的表示 法； • 计算机系统中负数一律用补码表示 • 机器字长为n位的原码数, 其真值范围是 ~
(17E.58)16 (00010111111001011000 2 , , . , )
即101111110.01011B
（5）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数 方法:
采用基数8或基数16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”
为止，然后逆序排列所得到的余数。
先将十进制整数转换为二进制, 再将该二进制数转换为八进 制或十六进制.
(4) 十六进制(H:Hexadecimal)
特点: 每位有0~9和 A~F这16种数码,基数为16, 高位权是 低位权的16倍. 加减运算的法则“逢十六进一, 借一当十 六”. 十六进制是二进制的另一种书写形式, 4位二进制 一组用等价的一位十六进制数表示.
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
常用计数制表:
为了书写方便，约定在整数的符号位和有效数值之 间加“，”表示区分。对小数，直接用小数点“.” 来区分，如０.1011、1.1011、0,1100、1,1100。 整数原码的定义为：
式中x为真值，n为整数的位数(真值的数的数值位数)。
0, x [ x]原 = n 2 x
0 x2
N＝dn－1bn－1＋…+d1b1＋d0b0＋ d-1b-1……d－mb－m n: 整数的总位数 m: 小数的总位数 d下标: 表示该位的数码 b: 表示进位制的基数 b上标: 表示该位的位权 例:10111101 1* 24 0 * 23 1* 22 1* 21 1* 20 1* 21 0 * 22 1* 23 23.625 ( . )
(2) 二进制数(B: Binary) 特点: 每位只有0和1两种数码, 基数为2,高位权是低 位权 的2倍. 二进制加减运算的法则“逢二进一, 借一当二”.
重庆邮电学院计算机科学与技术学院
王练
(3) 八进制(Q:Octal) 特点:每位有0~7这8种数码, 基数为8, 高位权是低位权的 8倍. 加减运算的法则“逢八进一, 借一当八”. 八进制 是二进制的另一种书写形式, 3位二进制一组可用等价的 一位八进制数表示.
求负数的反码一般也从原码入手。
0, x [ x]反 = n＋1 2 -1＋x (mod 2n+1 1)
0 x2
n
2n x 0
[例] 当x＝1101,[x]反＝0,110l 当x＝-1101, [x]反＝(25 － 1)＋(-1101)＝11111－1101=1,0010
0 x2
n
n
2 x 0
[例] x＝+1101，[x]补 = x = 0,110l x＝-110l，[x]补＝25 +（-1101）＝100000－1101＝1,0011
需要注意的是，当x=0时：
［+0］补＝0 ［-0］补＝0 在补码表示中，真值0的表示形式是唯一的。
反码表示法
将10001110010001010B转换为十六进制