1 计算机系统概论
计算机系统概论
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量子计算与未来展望
量子计算
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有超强的并行计算能力和高度加密的安全性。量子计算的应用 前景广阔,包括化学模拟、优化问题求解、密码学等。
未来展望
随着人工智能、大数据、云计算和量子计算等技术的不断发展,计算机系统的未来将更加智能化、高效化和安全 化。同时,计算机系统的发展也将对人类社会的各个方面产生深远影响,如工业自动化、智慧城市、生物信息学 等。
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计算机病毒Leabharlann 型常见的计算机病毒类型包括蠕虫病毒、木马病毒、 宏病毒等,它们具有不同的传播途径和破坏行为。
3
计算机病毒防护
防护计算机病毒的措施包括安装防病毒软件、定 期更新病毒库、不随意打开未知来源的邮件和链 接、定期备份数据等。
网络攻击与防护
网络攻击定义
网络攻击是指利用网络漏洞或恶意行为对计算机系统进行破坏或窃取信息的行为。
大数据与云计算
大数据
大数据是指数据量巨大、复杂度高、处理速度快的数据集合。大数据技术的应用 包括数据挖掘、数据分析、数据可视化等,有助于企业做出更明智的商业决策。
云计算
云计算是一种基于互联网的计算方式,通过虚拟化技术将计算资源(如服务器、 存储设备、数据库等)汇聚到一个虚拟的云中,然后通过网络对外提供服务。云 计算的应用包括云存储、云桌面、云服务等。
网络协议与体系结构
OSI参考模型
01
开放系统互联参考模型,分为七个层次,分别为物理层、数据
链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
TCP/IP协议族
02
传输控制协议和互联网协议,是互联网的核心协议,包括IP、
计算机系统概论第三章
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第三章数字逻辑结构在第一章中,我们提到计算机是由数量巨大的非常简单的结构所组成。
例如,Intel的Pentium Ⅳ微处理器,2000年推向市场,是由超过4千2百万个MOS晶体管制造的。
IBM Power PC 750 FX,2002年推出,是由超过3千8百万个MOS晶体管组成。
在本章中,我们将解释MOS晶体管作为逻辑单元的工作原理,如何将这些晶体管连接起来组成逻辑门,以及逻辑门是如何被互相连接起来而组成更大的制造计算机所需的单元。
在第四章,我们将把这些更大的单元连接起来组成计算机。
首先介绍晶体管。
3.1 晶体管今天的大多数计算机,或者说是大多数微处理器(所对应的计算机的核心)是由MOS 晶体管组成的。
MOS是金属氧化物半导体的英文缩写。
关于半导体的电子特性超出了本书的范围,它位于本书所描述的最底层的抽象之下,也就是说,如果晶体管出现差错,我们就受其控制,无法解决该问题了。
不过,也不太可能遇到晶体管出现问题的情况。
在此,我们只需了解MOS晶体管的两种类型:P型和N型。
它们都是进行逻辑运算的,其工作原理与墙上的电开关类似。
图3.1显示了最基本的电子电路,包括电源、一个墙上的开关和一盏灯。
为了让灯发光,电子必须流动;而为了使电子流动,必须存在一个从电源到灯、再回到电源的闭合电路。
通过操作开关可以控制电路的合与开,进而使灯打开或关闭。
我们使用一个N型或P型半导体晶体管来代替开关,控制电路的闭合。
图3.2是一个N 型晶体管的示意图,(a)单独出现的晶体管(b)出现在电路中的晶体管。
注意,在图3.2a 中的晶体管有三个终端,它们分别被称为栅极、源极和漏极,其命名原因不在本书范围之内。
如果N型晶体管的栅极被加以2.9伏电压,从源极到漏极的连接就相当于一段电线。
使用电子术语来说就是:在源极和漏极之间存在一个闭合回路,即导通。
如果N型晶体管的栅极被加以0伏电压,在源极和漏极之间的连接就被断开,在源极和漏极之间存在一个断路,即截止。
第1章 计算机系统概论-计算机组成原理-刘超-清华大学出版社
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第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
1 计算模型及其基本内容 计算模型是完成计算任务所必需遵循的基于形式化 描述的基本规则。工作单元(对计算机来说即是指令)之 间存在处理次序与数据依赖等两种关联性,用于控制处 理次序的工作驱动与数据依赖机制的数据传递是计算模 型的基本内容。工作驱动方式是计算模型的核心。
第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
3 计算机工作过程 程序控制计算机完成计算任务过程可分为人工编制 程序和机器运行程序两个阶段。
存储器存储单 元地址
00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000 00001001 00001010 00001011 00001100 00001101 00001110 00001111 00010000
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
输入设备
辅助存储器 存储 系统
主存储器
输出设备 外设
运算器
控制器
具有存储层次计算机的体系结构框架
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
主存 储器
主机 CPU
算术逻辑运算 单元ALU
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
1 计算机体系结构及其范畴 计算机体系结构的一般定义是:机器语言程序员所 必须了解的计算机概念性结构和功能特性。 计算机体系结构作为一门学科,其研究内容主要有 两个方面:一是软件与硬件功能分配;二是如何最佳最 合理地实分配给硬件的功能。 计算机体系结构(或属性)的范畴有:数据表示、指 令系统、寻址方式、寄存器组织、存储组织、中断机构、 机器状态、输入输出结构、信息保护等。
第1章计算机系统概论
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ENIAC
ENIAC
ENIAC
ENIAC的特点: ENIAC的特点:十进制表示 的特点 程序用插线开关实现
为了改进程序的输入方式: 为了改进程序的输入方式: 二进制表达方 美国数学家冯.诺依曼,提出二进制 美国数学家冯.诺依曼,提出二进制表达方 式和存储程序控制计算机构想。 存储程序控制计算机构想 式和存储程序控制计算机构想。提出并描述一 个计算机模型EDVAC 个计算机模型EDVAC
•它采用了间接寻址技术。在这种技术中,间接寻址指令所 它采用了间接寻址技术。在这种技术中, 它采用了间接寻址技术 形成的地址,不是存放操作数的地址, 形成的地址,不是存放操作数的地址,而是用来形成操作 数地址的地址。这种寻址技术在分类、 数地址的地址。这种寻址技术在分类、排序中是非常有用 的; •采用了专用的程序控制指令,这种指令对应于不同程序 采用了专用的程序控制指令, 采用了专用的程序控制指令 间的控制转移,如它的LINK/TRA指令对, LINK/TRA指令对 间的控制转移,如它的LINK/TRA指令对,即后来人们常 称的调用子程序/子程序返回指令对, 称的调用子程序/子程序返回指令对,对调用子过程等是 十分有效的; 十分有效的; •I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制,并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制,并且在I/O处 I/O处理机与CPU间的通讯采用了中断控制 I/O 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU I/O设备间的字 CPU和 理机中采用字的拆、装技术以使得CPU和I/O设备间的字 长能够匹配; 长能够匹配; •采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时, 采用了DMA技术。即当I/O处理机请求访问主存储器时, 采用了DMA技术 I/O处理机请求访问主存储器时 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期, CPU的主存访问请求延迟一个存储周期 可能使CPU的主存访问请求延迟一个存储周期,但是并不 中断CPU的操作,只是使CPU操作推迟一个存储周期; CPU的操作 CPU操作推迟一个存储周期 中断CPU的操作,只是使CPU操作推迟一个存储周期;
数字逻辑与计算机组成原理:第一章 计算机系统概论
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的通用电子数字计算机方案EDVAC,这就是人们
通常所说的冯·诺依曼型计算机。
该计算机采用“二进制”代码表示数据和指 令,并提出了“程序存储”的概念,它奠定 了现代电子计算机的基础。
2.计算机的发展阶段
从第一台电子计算机的诞生到现在,人们根 据计算机所采用的电子器件的变化,将计算 机的发展分为四个时代。
1946年 美国 ENIAC 1955年退役
十进制运00 5 000
多个电子管 多个继电器 千瓦 吨 平方英尺 次加法/秒
用手工搬动开关和拔插电缆来编程
IBM 360计算机
IBM公司1964年推出的IBM360是影响最大的最早采 用集成电路的第三代计算机
Intel 公司的典型微处理器产品
8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ
8位 16位 16位 32位 32位 64位(准) 64位(准) 64位(准) 64位(准) 64位
计算机硬件系列课程结构
计算机系统结构
计算机系统的 软硬件功能分配
计算机组成原理 数字逻辑
计算机系统的 逻辑实现 计算机组成的 物理实现
数字逻辑与计算机组成原理 的关系
数字逻辑是计算机组成原理的先修课程
计算机组成原理课程中经常出现的译码器、 编码器、数据选择器、数据分配器、队列、 堆栈、锁存器、寄存器等术语,必须在数字 逻辑课程中牢固掌握基本概念。
➢ 1958年,德克萨斯仪器公司的基尔白(Clair Kilby)、仙 童半导体公司的诺依斯(Robert Noyce)等人研究实现了 集成电路。以后集成度越来越高,出现了超大规模集成 电路,这是电子学的又一次革命,也是近代科学技术发 展的新的标志。
1-1 微型计算机系统概论
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4位 8位 16位 32位
8次 4次 2次 1次
4. 位编号 为便于描述,对字节,字和双字中的各位进行编号。 从低位开始,从右到左依次为 0、1、2... 7 字节 1 6 0 5 1 4 0 3 0 2 0 1 1 0 0 数据Data 地址Address
← 编号
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
计算机组成技术
主讲教师:吴 锐 哈工大计算机学院
1
关于课程
1.课程性质
是计算机基础教育系列课程的核心课程之一 是电类专业主干必修课
2
关于课程
2.课程任务
获得硬件方面的基本理论、基本知识、基
本技能;
培养从硬件和软件的结合上思考、分析、
解决问题的初步能力;
为进一步学习、应用相关新知识、新技术
13
世界上第一台计算机ENIAC
1946年2月,美国研制成功 ENIAC (Electronic Numberical Intergrator And Caculator,爱尼 克)。它由18000多个电子管、1500多个继电器 等组成,重30吨,耗电150千瓦,占地170平方 米,运算速度为每秒5000次。 从计算能力来看,不如现在的小计算器。
微型计算机系统是以微型 微型计算机是以微处理器 微处理器本身不是计算机, 计算机为核心,再配以相 为核心,加上由大规模集 不能独立工作,它是微型 应的外围设备、电源、辅 成电路制作的存储器(ROM 计算机的核心部件,包括 助电路和控制微型计算机 和RAM)、输入/输出接口 算术逻辑部件ALU,控制部 工作的软件而构成的完整 和系统总线组成的。它不 件和寄存器组三个基本部 计算系统。它可以独立工 是完整的计算系统,也不 分。 作,有实用意义。 能独立工作。
第1章 计算机系统概论第二版课后习题详细讲解
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第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
(1)硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在硬件之外,为用户提供一个基本操作界面。
(3)应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,必须翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O 机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,及相互连接方法等。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
第一章 计算机系统概论
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第一章计算机系统概论(一)选择题1.有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中,称之为A.硬件B.软件C.固件D.辅助存储器E.以上都不对2.输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为A.操作系统B.存储器C.主机D.外部设备3.计算机系统中的存储系统是指A. RAM存储器B. ROM存储器C.主存D.主存和辅存4.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于A.运算速度的高低B.存储器容量的大小C.规模的大小D.自动化程度的高低5.冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储器按内容选择地址6.用户与计算机通信的界面是A. CPU B外部设备 C.应用程序 D 系统程序7.下列属于应用软件。
A.操作系统 B 编译程序 C.连接程序D文本出来程序8下列不是输入设备。
A.画笔与图形板 B 键盘 C.鼠标器 D 打印机9.下列各装置中,具有输入及输出功能。
A.键盘 B 显示器 C.磁盘驱动器 D 打印机10.下列设备中不属于输出设备。
A.打印机 B 磁带机 C.光笔 D 绘图仪11下列语句中是正确的。
A.数据库属于系统软件B.磁盘驱动器只有输入功能C.评估计算机的执行速度可以用每秒执行的指令数为判断依据D.个人计算机是小型机12.计算机只懂机器语言,而人类熟悉高级语言,故人机通信必须借助A.编译程序B.编辑程序C.连接程序D.载入程序13.计算机的算术逻辑单元和控制单元合称为A. ALUB. UPC. CPUD. CAD14.只有当程序要执行时,它才会去将源程序翻译成机器语言,而且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句,此程序称为A.目标程序B.编译程序C解释程序 D.汇编程序15下列语句中是正确的。
A. 1 KB= 1024x1024 BB. 1 KB=1024 MBC. 1 MB = 1024 x1024 BD. 1 MB = 1 024 B16.一片1 MB的磁盘能存储的数据。
第一章 计算机系统概论
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1.2.1 计算机硬件 . .
1.运算器 . 用于信息加工的部件,又称执行部件。它对数据信息进行算术运算 和逻辑运算。它由算术逻辑部件 ALU 和一系列寄存器组成。 算术运算指加、减、乘、除和其他复合运算,逻辑运算指与、或、 非、异或、比较、移位。 运算器包含多个寄存器,称为通用寄存器组,使用它们可减少访问 存储器的次数,提高运算速度。寄存器用于存放运行指令和运算操作 数,累加器除了存放运算操作数外,还存放中间结果和最终结果。 计算机采用二进制计数。二进制 二进制的运算规律非常简单,易于用物 二进制 易于用物 理的方式实现。 理的方式实现 二进制数的位数越多,计算精度就越高,但是位数越多,所需的电 子器件也越多。计算机运算器的运算宽度( 机器字长 ) 通常为 8×2n 计算机运算器的运算宽度(机器字长) 计算机运算器的运算宽度 × (n 为自然数,目前最大为 3),即 8 位、16 位、32 位或 64 位。 即
9
1.2.1 计算机硬件 . .
指令和数据均以二进制信息形式存放在内存,按读取时间和存放 空间区分。取指周期中从内存中读出的信息流是指令流,它流向控制 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流, 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流 执行周期中从内存中读出的信息流是数据流 它流向运算器。 数据流, 器;执行周期中从内存中读出的信息流是数据流,它流向运算器 3.存储器 . 存放程序和数据。分为若干个带地址的存储单元,数据以二进制 方式按地址存储。 读写过程:传送存储单元地址 → 地址译码器译码 → 选中存储单 元 → 从存储单元读出数据或向存储单元写入数据。 主板上的存储器为半导体触发器,每一个存储元(触发器)可存 储一位二进制信息。一个半导体触发器的 Q 输出端有两种电平状态, 输出高电平为 “1”,输出低电平为 “0”,通过输入端电平和时钟的控 制可改变触发器的输出状态,分别输出 “1” 或 “0”。
《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论
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《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论南京⼤学的骆斌⽼师主讲的,考研可能会⽤得上计算机系统的组成计算机系统:包括硬件⼦系统和软件⼦系统硬件:借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合,是系统⼯作的实体CPU,主存储器,I/O控制系统,外围设备软件:各种程序和⽂件,⽤于指挥计算机系统按指定的要求进⾏协同⼯作包括系统软件、⽀撑软件和应⽤软件关键系统软件是:操作系统与语⾔处理程序计算机系统的⽤户视图计算机硬件系统组成中央处理器运算单元控制单元 :解译机器指令主存储器外围设备输⼊设备输出设备存储设备⽹络通信设备总线存储程序计算机体系结构存储器是这个模型的核⼼以运算单元为中⼼,控制流由指令流产⽣采⽤存储程序原理,⾯向主存组织数据流主存是按地址访问、线性编址的空间指令由操作码和地址码组成数据以⼆进制编码总线总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信⼲线,它是CPU、内存、输⼊输出设备传递信息的公⽤通道计算机的各个部件通过总线相连接,外围设备通过相应的接⼝电路再与总线相连接,从⽽形成了计算机硬件系统按照所传输的信息种类,总线包括⼀组控制线、⼀组数据线和⼀组地址线内部总线:⽤于CPU芯⽚内部连接各元件系统总线:⽤于连接CPU、存储器和各种 I/O模块等主要部件通信总线:⽤于计算机系统之间通信(⽹络)为了加快通信效率,系统总线也是分级的,PCI连接块设备(较快),E(ISA)总线连接字符设备(较慢)。
中央处理器(CPU)中央处理器是计算机的运算核⼼(Core)和控制单元( Control Unit),主要包括:运算逻辑部件:⼀个或多个协运算器寄存器部件:包括通⽤寄存器、控制与状态寄存器,以及⾼速缓冲存储器(Cache)控制部件:实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线;负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执⾏操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件存储器L0 L1 L2 L3 L4都是挥发性存储,加电存储,断电失效外围设备设备类型输⼊设备输出设备存储设备机机通信设备(本质上属于输⼊输出设备,但是不同⽹络设备块⼤⼩不⼀致(包,块,字))设备控制⽅式轮询⽅式:CPU忙式控制+数据交换中断⽅式:CPU启动外围设备/中断+数据交换DMA⽅式:CPU启动/中断,DMA独⽴进⾏数据交换软件系统组成系统软件:操作系统、实⽤程序、语⾔处理程序、数据库管理系统操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制实⽤程序为⽅便⽤户所设,如⽂本编辑等语⾔处理程序把⽤汇编语⾔/⾼级语⾔编写的程序,翻译成可执⾏的机器语⾔程序⽀撑软件有接⼝软件、⼯具软件、环境数据库,⽀持⽤户使⽤计算机的环境,提供开发⼯具应⽤软件是⽤户按其需要⾃⾏编写的专⽤程序软件开发的不同层次计算机硬件系统:机器语⾔-操作系统之资源管理:机器语⾔+⼴义指令(扩充了硬件资源管理)操作系统之⽂件系统:机器语⾔+系统调⽤(扩充了信息资源管理)数据库管理系统:+数据库语⾔(扩充了功能更强的信息资源管理)语⾔处理程序:⾯向问题的语⾔计算机程序的执⾏过程操作系统的概念OS是计算机系统最基础的系统软件,管理软硬件资源、控制程序执⾏,改善⼈机界⾯,合理组织计算机⼯作流程,为⽤户使⽤计算机提供良好运⾏环境从⽤户⾓度看,OS管理计算机系统的各种资源,扩充硬件的功能,控制程序的执⾏从⼈机交互看,OS是⽤户与机器的接⼝,提供良好的⼈机界⾯,⽅便⽤户使⽤计算机,在整个计算机系统中具有承上启下的地位从系统结构看,OS是⼀个⼤型软件系统,其功能复杂,体系庞⼤,采⽤层次式、模块化的程序结构操作系统组成进程调度⼦系统进程通信⼦系统内存管理⼦系统设备管理⼦系统⽂件管理⼦系统⽹络通信⼦系统作业控制⼦系统从操作控制⽅式分类多道批处理操作系统,脱机控制⽅式分时操作系统,交互式控制⽅式实时操作系统从应⽤领域分类服务器操作系统、并⾏操作系统⽹络操作系统、分布式操作系统个⼈机操作系统、⼿机操作系统嵌⼊式操作系统、传感器操作系统计算机的资源-硬件资源处理器、内存、外设信息资源数据、程序资源的共享与分配⽅式资源共享⽅式独占使⽤⽅式并发使⽤⽅式资源分配策略静态分配⽅式动态分配⽅式资源抢占⽅式多道程序同时计算CPU速度与I/O速度不匹配的⽭盾,⾮常突出只有让多道程序同时进⼊内存争抢CPU运⾏,才可以够使得CPU和外围设备充分并⾏,从⽽提⾼计算机系统的使⽤效率多道程序设计的特点CPU与外部设备充分并⾏外部设备之间充分并⾏发挥CPU的使⽤效率提⾼单位时间的算题量多道程序的实现为进⼊内存执⾏的程序建⽴管理实体:进程如何使⽤资源:调⽤操作系统提供的服务例程(如何陷⼊操作系统)如何复⽤CPU:调度程序(在CPU空闲时让其他程序运⾏)如何使CPU与I/O设备充分并⾏:设备控制器与通道(专⽤的I/O处理器)如何让正在运⾏的程序让出CPU:中断(中断正在执⾏的程序,引⼊OS处理)计算机的操作⽅式OS规定了合理操作计算机的⼯作流程OS的操作接⼝——系统程序 OS提供给⽤户的功能级接⼝,为⽤户提供的解决操作计算机和计算共性问题的所有服务的集合OS的两类作业级接⼝脱机作业控制⽅式:作业控制语⾔联机作业控制⽅式:操作控制命令脱机作业的控制⽅式OS:提供作业说明语⾔⽤户:编写作业说明书,确定作业加⼯控制步骤,并与程序数据⼀并提交操作员:通过控制台输⼊作业OS:通过作业控制程序⾃动控制作业的执⾏例:批处理OS的作业控制⽅式,UNIX的shell程序, DOS的bat⽂件联机作业控制⽅式计算机:提供终端(键盘/显⽰器)⽤户:登录系统OS:提供命令解释程序⽤户:联机输⼊命令,直接控制作业步的执⾏例:分时OS的交互控制⽅式命令解释程序命令解释程序:接受和执⾏⼀条⽤户提出的对作业的加⼯处理命令当⼀个新的批作业被启动,或新的交互型⽤户登录进系统时,系统就⾃动地执⾏命令解释程序,负责读⼊控制卡或命令⾏,作出相应解释,并予以执⾏会话语⾔:可编程的命令解释程序(shell)图形化的命令控制⽅式多通道交互的命令控制⽅式命令解释程序的处理过程OS启动命令解释程序,输出命令提⽰符,等待键盘中断/⿏标点击/多通道识别每当⽤户输⼊⼀条命令(暂存在命令缓冲区)并按回车换⾏时,申请中断CPU响应后,将控制权交给命令解释程序,接着读⼊命令缓冲区内容,分析命令、接受参数,执⾏处理代码前台命令执⾏结束后,再次输出命令提⽰符,等待下⼀条命令后台命令处理启动后,即可接收下条命令操作系统的程序接⼝操作系统的程序接⼝——系统调⽤操作系统实现的完成某种特定功能的过程;为所有运⾏程序提供访问操作系统的接⼝系统调⽤的实现机制陷⼊处理机制:计算机系统中控制和实现系统调⽤的机制陷⼊指令:也称访管指令,或异常中断指令,计算机系统为实现系统调⽤⽽引起处理器中断的指令每个系统调⽤都事先规定了编号,并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数系统调⽤实现:编写系统调⽤处理程序设计⼀张系统调⽤⼊⼝地址表,每个⼊⼝地址指向⼀个系统调⽤的处理程序,并包含系统调⽤⾃带参数的个数陷⼊处理机制需开辟现场保护区,以保存发⽣系统调⽤时的处理器现场操作系统的系统结构-OS构件内核、进程、线程、管程等设计概念模块化、层次式、虚拟化内核设计是OS设计中最为复杂的部分操作系统内核单内核:内核中各部件杂然混居的形态,始于1960年代,⼴泛使⽤;如Unix/Linux,及 Windows(⾃称采⽤混合内核的CS结构)微内核:1980年代始,强调结构性部件与功能性部件的分离,⼤部分OS研究都集中在此混合内核:微内核和单内核的折中,较多组件在核⼼态中运⾏,以获得更快的执⾏速度外内核:尽可能减少内核的软件抽象化和传统微内核的消息传递机制,使得开发者专注于硬件的抽象化;部分嵌⼊式系统使⽤层次结构操作系统的规模在计算机软件发展史上,OS是第⼀个⼤规模的软件系统1960年代,由OS开发所衍⽣的体系结构、模块化开发、测试与验证、演化与维护等研究,直接催⽣了软件⼯程这⼀新兴研究领域(另⼀个催⽣来源是 DB应⽤引发的需求与规格)。
第一章 计算机系统概论
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第一章计算机系统概论大纲考点(1)计算机发展历程(2)计算机系统层次结构计算机硬件的基本组成;计算机软件的分类;计算机的工作过程。
(3)计算机性能指标吞吐量、响应时间;CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间;MIPS、MFLOPS。
本章难度:★☆考察频度:★★☆实考试题分析名校真题精选单项选择题1.电子计算机问世至今,新型机器不断推陈出新,不管怎么更新,依然具有“存储程序”的特点,最早提出这种概念的是。
【上海交通大学1999年*】A.巴贝奇B.冯•诺依曼C.帕斯卡D.贝尔2.对有关数据加以分类、统计、分析,这属于计算机在______方面的应用。
A.数值计算B.辅助设计C.数据处理D.实时控制3.冯·诺依曼型计算机的最根本特征是。
【中科院计算所2001年】A.以运算器为中心B.采用存储程序原理C.存储器按地址访问D.数据以二进制编码,并采用二进制运算4.冯·诺依曼型计算机的基本工作方式是。
【中科院计算所1998年】A.控制流驱动方式B.多指令流多数据流方式C.微程序控制方式D.数据流驱动方式5.计算机系统采用层次化结构组成系统,从最上层的最终用户到最底层的计算机硬件,其层次化构成为。
A.高级语言机器—操作系统机器—汇编语言机器—机器语言机器—微指令系统B.高级语言机器—汇编语言机器—机器语言机器—操作系统机器—微指令系统C.高级语言机器—汇编语言机器—操作系统机器—机器语言机器—微指令系统D.高级语言机器—汇编语言机器—操作系统机器—微指令系统—机器语言机器6.计算机系统是由组成的。
【武汉大学2007年】A.CPU和存储器B.CPU和接口C.运算器和控制器D.硬件系统和软件系统7.下列描述中______是正确的。
【南京理工大学2001年*】A.控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果;B.一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算逻运算五个单元;C.所有的数据运算都在CPU的控制器中完成;D.以上答案都正确。
第一章 计算机系统概论习题
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第一章计算机系统概论一、填空题:1.在计算机传统的术语中,将A.______和B.______合在一起称为CPU,而将CPU和C.______合在一起称为主机。
2.计算机硬件包括A.______、B.______、C.______、D.______、输入输出设备。
3.计算机软件一般分为两大类:一类叫A.______,另一类叫B.______。
操作系统属于C.______ 类。
4.主存储器容量通常以KB表示,其中K=A.______;硬盘容量通常以GB表示,其中G=B.______K。
5.存储A.______并按B.______顺序执行,这是冯•诺依曼型计算机的工作原理。
6.计算机系统中,根据应用条件和硬件资源不同,数据传输方式可采用:A.______传送、B.______传送和C.______传送。
7.字长是指__ ______ ______ ____,与机器有关;字节是指__ ______ ____,通常以KB表示。
8.计算机系统中的存储器分为A. 和B. 。
在CPU执行程序时,必须将指令存放在C. 中。
9.输入、输出设备以及辅助存储器统称为A. 。
10.计算机存储器的最小单位为A. 。
1KB容量的存储器能够存储B. 个这样的基本单位。
11.在计算机系统中,多个系统部件之间信息传送的公共通路称为A. 。
就其所传送的信息的性质而言,在公共通路上传送的信息包括B. 、C. 和D. 信息。
12.数字式电子计算机的主要外部特性是。
13.世界上第一台数字式电子计算机诞生于年。
14.第一代电子计算机逻辑部件主要由组装而成。
第二代电子计算机逻辑部件主要由组装而成。
第三代电子计算机逻辑部件主要由组装而成。
第四代电子计算机逻辑部件主要由组装而成。
15.当前计算机的发展方向是等方向发展。
16.电子计算机与传统计算工具的区别是。
17.冯·诺依曼机器结构的主要思想是。
18.冯·诺依曼机器结构由五大部分组成。
1 计算机系统概论
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输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、
字母、表格、图形等。
计算机硬件的组成框图
CPU(包括运算器和控制器) 存储器 ROM RAM 输入/输出设备(I/O设备) 运算器 和控制 总线 器 DB—DATA BUS CPU AB—ADDRESS BUS CB—CONTROL BUS
计算机硬件系统组成
22
1.3 什么是硬件?什么是软件?两者谁更重要? 为什么? 答:硬件是计算机系统的实体部分,它由看得 见摸得着的各种电子元器件及各类光、电、机 设备的实物组成,包括主机和外部设备等。 软件是指用来充分发挥硬件功能,提高机器 工作效率,便于人们使用机器,指挥整个计算 机系统工作的程序集合,是无形的。 硬件和软件是不可分割的统一体,前者是后 者的物质基础,后者是前者的“灵魂",它们 23 相辅相成,互相促进。
软件部分 硬、软界面 硬件部分
操作系统软件层(操作系统) 指令系统层(指令系统) 微体系结构层(微程序控制器) 数字逻辑层(硬件逻辑部件)
计算机系统的层次结构
站在不同层次上编程的程序员所看到的计算机属性各不相同。
计算机系统的层次结构 (2)软件和硬件逻辑上的等价性
计算机系统以硬件为基础,通过软件扩充其功能,并以执 行程序方式体现其功能。硬件完成最基本的功能,而复杂 的功能则通过软件实现。计算机是一个软件和硬件结合的 整体系统。
计算机的语言简介
自然语言:人类相互交流信息所用的语言。 高级语言:一种和自然语言接近并能为计算机接受 的语言,这种语言被称为计算机的高级语言。 汇编语言:符号式程序设计语言,属于低级语言。 机器语言:机器能执行的语言,这种语言被称为机器 语言(由二进制代码表示的指令组成)。
计算机系统概论
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uA5…uA0 010000 000010 001000 000100 000101 000110 000001 001101 000001 000011 000111 001110 010110 000001 001111 010101 010010 010100 010111 000001 011000 000001 000001 010000 010001
计算机 系统概论
计算机
存储器
I/O
系统总线
CPU
中央处理单元 控制单元
ALU CU
内部 互连
排队 逻辑
寄存器 解码器
寄存器
控制 存储器
软件技术
机器语言:01100111100000010 汇编语言:ADD CL, BH 机器语言为: 00000010 11001111 高级语言:int a,b,c; a=1; b=2; c=a+b;
由具有各类特殊功能 的信息(程序)组成
软件
???
计算机系统由( 硬件)系统和(软件 )系统 构成
若以电视机比喻计算机硬件和软件的关系 ,则电视机好比( 硬件),(电视节目 )好比 软件 现在主要采用( 总线 )结构作为计算机硬件 之间的连接方式
二、计算机系统的层次结构
高级语言
汇编语言 操作系统 机器语言
程序 — 运算的 全部步骤 指令 — 每 一个步骤
数字仪表板系统的数据流图
读旋转 信号
确定 加速/ 减速
箭头
指示
产生 加速、 减速显示
sps
上箭头
收集和 求平均
⊕
水平线
下箭头
⊕
计算 里程 超速值
计算 Mph和 超速值
(完整word版)计算机组成原理期末试题及答案
![(完整word版)计算机组成原理期末试题及答案](https://img.taocdn.com/s3/m/d07d0f9381c758f5f71f6724.png)
第一章计算机系统概论计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的,它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
早起将运算器和控制器合在一起称为CPU(中央处理器)。
目前的CPU包含了存储器,因此称为中央处理器。
存储程序并按地址顺序执行,这是冯·诺依曼型计算机的工作原理,也是CPU自动工作的关键。
计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构,它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成,每一级上都能进行程序设计,且得到下面各级的支持。
习题:4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括那些主要组成部分?主要设计思想是:存储程序通用电子计算机方案,主要组成部分有:运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号,称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据,称为数据字。
如果某字为一条指令,称为指令字7指令和数据均存放在内存中,计算机如何区分它们是指令还是数据?每一个基本操作称为一条指令,而解算某一问题的一串指令序列,称为程序第二章运算方法和运算器按对阶操作。
直接使用西文标准键盘输入汉字,进行处理,并显示打印汉字,是一项重大成就。
为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。
1第三章 内部存储器CPU 能直接访问内存(cache 、主存)双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。
cache 是一种高速缓冲存储器,是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术,并且发展为多级cache 体系,指令cache 与数据cache 分设体系。
要求cache 的命中率接近于1适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点,从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想,因而得到了普遍采用。
习题: 1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器,问:(1)该存储器能存储多少个字节的信息?(2)如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成,需要多少片;(3)需要多少位地址做芯片选择?(1)字节M 4832*220= (2)片84*28*51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 2 已知某64位机主存采用半导体存储器,其地址码为26位,若使用4M ×8位DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间,并选用内存条结构形式,问:(1) 若每个内存条16M ×64位,共需几个内存条?(2)每个内存条共有多少DRAM 芯片? (3)主存共需多少DRAM 芯片?CPU 如何选择各内存条?(1). 共需模块板数为m :m=÷2^24=4(块)(2). 每个模块板内有DRAM 芯片数为32 (片)(3) 主存共需DRAM 芯片为:4*32=128 (片)每个模块板有32片DRAM 芯片,容量为16M ×64位,需24根地址线(A23~A0) 完成模块板内存储单元寻址。
白中英计算机组成原理第1章计算机系统概论
![白中英计算机组成原理第1章计算机系统概论](https://img.taocdn.com/s3/m/8e7dd4dc551810a6f52486af.png)
指令的形式
操作码:指出指令所进行的操作,如加、减、数据传送等; 地址码:指出进行以上操作的数据存放位置。
2019/11/22
40
计算机运算y=ax+b-c
指令
指令地址 操作码 地址码 指令操作内容
1 2 3 4 5 6 7 8
数据地址
99 10 11 12 20119/311/22
利用率
在给定的时间间隔内,系统被实际使用的时间所占的比率,用百分比 表示。
处理机字长(机器字长)
处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数,如32、64位; 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性(不一定完全一样)。
2019/11/22
30
1.2.4 计算机的性能指标(2/3)
MDR(存储器数据寄存器):作为外界与存储器之间的数据通路。
2019/11/22
39
1.3.4 控制器
功能: 根据所要执行指令的功能,按顺序发出各种控制命令,
协调计算机的各个部件的工作。 主要任务:
解释并执行指令; 控制指令的执行顺序; 负责指令执行过程中,操作数的寻址; 根据指令的执行,协调相关部件的工作,如运算类指令执行时对
专用计算机
是针对某一任务设计的最有 效、最经济和最快速的计算
机,但适应性很差。
低
高
双核机
处理数字量信息
单片机 体积
分 类
按位运算,
不连续地跳动计算 通用计算机
适应性很大,但
微型机 服务器
牺牲了效率、速
模拟计算机 度和经济性。
大型机
功能
简
数据存储量 易
指令系统
性
价格
计算机系统概论
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1-3 指令周期
• 处理器执行的程要两个步骤
• 处理器从存储器读一条指令
• fetch
• 处理器执行指令
• excute
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1-3 取指令和执行指令
• 取指令:处理器从程序计数器(PC)保存的寄存器地址中取指令,存放在指令寄存器(IR)中。 • 执行指令:处理器解析IR中的指令并执行对应操作。这些操作分为四类:
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1-1 计算机部件:顶层视图
• 存储地址寄存器(MAR)
• 确定下一次读写的存储 器地址
• 存储缓冲寄存器(MBR)
• 写入存储器的数据 • 从存储器中读出的数据
• I/O地址寄存器(I/O AR)
• 确定一个特定的输入/输 出设备
• I/O 缓冲寄存器(I/O BR)
• 缓存输入/输出设备与处 理器间的交换数据
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阶段总结
计算机的基本构成,处理器,主存,I/O模块,系统总线。 处理器的内部寄存器,有些是用户可见的,有些是不可见的,控制或状态寄存器 指令的执行,分为取指令,执行指令阶段
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感谢您的观看。
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• 处理器-存储器
• 在存储器和处理器之间传递数据
• 处理器-I/O
• 处理器和I/O模块间传递数据
• 数据处理
• 数据的算术操作和逻辑操作
• 控制
• 改变执行顺序
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1-3 理想计算机的特征
注:
a:指令寄存器中的存储格式 b:数据寄存器中的存储格式
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1-3 程序执行的例子 将地址940的存储单元中的内容与地址为941的存储单 元中的内容相加,并将结果保存在后一个单元