第3章 计算机基本工作原理
计算机组成原理—习题解答(第三章)
Copyright ©2012 Computer Organization Group. All rights reserved.
第三章 3.10
题解：
⑴ 64K×32位 / 16K×8位 = 4×4 = 16片； ⑵ 见下页； ⑶ 8ms / 128 = 62.5us，刷新周期为62.5us，128个刷新周期； ⑷ 分散式对存储器刷新一遍用时128×0.5us×2=128us，在8ms
题解： 1ms(1000us)内必须刷新64次，每次刷新时间为1/4us ，则1ms内16us用于刷新，比例为1.6%。 或者， 1ms中包含的存取周期数为：1ms/250ns=4000个
Copyright ©2012 Computer Organization Group. All rights reserved.
第三章 3.10
A6~0行 A13~7列
A6~0 刷新
A14
A15 -RAS
REF
A6~0 地址 -WE 多路 选择 -RAS0 器
-RAS1
片 选 译 -RAS2 码 器 2:4 -RAS3
-CAS
A6~0 -WE
16KX8 DRAM
16KX8 DRAM
第三章 3.6
3.6若用1M×1位的DRAM芯片构成1M×16位的主存储器 ，芯片内部存储元排列成正方形阵列，其刷新最大间隔时 间为4ms。则采用异步刷新时，两次刷新操作应相隔多长 时间？4ms时间内共需多少个刷新周期？
题解： 刷新定时信号的周期时间为： 4ms/1024 = 3.9us; ； 4ms时间内共需1024个刷新周期。
题解：
(1) 寻址范围=64K / (32/8) = 16K字；存储容量为16K×32bit。 (2) 字地址与字节地址的分配：（大端方式）
白中英 第五版 计算机组成原理第3章.
• 按字节编址：一个存储单元存放一个字节。 • 按字编址：一个存储单元存放一个字。
例如一个16位二进制字存储单元可以存放两个字节。
计算机组成原理
11
3.1.3 主存储器的技术指标
1、存储容量
指一个存储器所能容纳的二进制信息的总量。
•以比特表示容量。（bit）
•以字节数表示容量。（Byte） 如：某计算机存储器的容量为 16K ×16。
计算机组成原理
40
字和位同时扩展的连接方式： ＊ 各芯片的片内地址线、读/写控制线均对应地并接在地址和控制总线的 对应位上； ＊ 由高位地址（n位）译码产生2n个片选信号，决定芯片分成2n个组； ＊ 由数据线决定每组的芯片片数。
存储器模块条
存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种模块条常称 为内存条，它们是在一个条状形的小印制电路板上，用一定 数量的存储器芯片，组成一个存储容量固定的存储模块。 内存条有 30 脚、 72 脚、 100 脚、 144 脚、 168 脚、 184 脚、 240 脚等多种形式。
• SDRAM与CPU的数据交换同步于外部的系统时钟信号，
并且以 CPU/存储器总线的最高速度运行，而不需要插入 等待状态。
数不满足存储器单元数要求时，需进行字扩展。
字位同时扩展法
• 当芯片的单元数和单元的数据位均不满足存储器的要求
时需要进行字和位的同时扩展。
存储器系统的存储容量： 2M×N位
使用芯片的存储容量：2L×K位(L≤M，K≤N)
需要存储器芯片个数：(2M×N)/(2L×K)
计算机组成原理
35
1．位扩展
当芯片的单元数满足存储器单元数的要求，但单元 中的位数不满足要求时，需要进行位扩展。
计算机系统结构第3章流水线技术
流水线调度
根据指令的依赖关系和资源可用性，动态调 度指令到不同的流水线阶段。
GPU设计中的流水线技术
线程级并行
通过划分线程块和线程束，实现线程级并行执行。
数据级并行
将数据划分为多个块，每个块在GPU的多个处理单元上并行处理。
指令级并行
通过指令调度和分支预测，实现指令级并行执行。
硬件资源共享
01
硬件资源共享是指流水线中的多个操作共享相同的硬件资源， 如寄存器、缓冲区等。
02
硬件资源共享能够提高资源利用率，减少硬件开销，降低成本。
需要注意的是，硬件资源。
流水线的性能指标
01
吞吐量
流水线每单位时间内完成的操作数 或任务数。
流水线调度
根据子任务的依赖关系和资源需求，动态调 度子任务到不同的计算节点。
THANKS
感谢观看
将执行结果写回寄 存器或内存。
02
流水线的工作原理
数据流驱动
1
数据流驱动是指流水线中的操作按照数据流动的 方向依次执行，每个操作在完成前需要等待前一 个操作的结果。
2
数据流驱动的优点是能够充分利用数据依赖关系， 减少等待时间，提高流水线的吞吐量。
3
需要注意的是，数据流驱动需要精确控制数据流 动的顺序，以避免出现数据相关和冒险问题。
调试和维护困难
由于流水线中各个阶段是并行处 理的，调试和维护可能会比串行 系统更加困难。
05
流水线技术的应用
CPU设计中的流水线技术
指令划分
将指令划分为多个阶段，每个阶段对应一个 功能单元，从而并行执行多个指令。
数据路径设计
计算机执行原理
计算机执行原理
计算机的执行原理可以概括为存储程序和程序控制。
在运行时，计算机先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。
这一过程会一直持续下去，直到遇到停止指令。
程序与数据一样存取，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作。
这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1945年提出的，被称为冯·诺依曼原理。
以上内容仅供参考，如需更多专业信息，建议咨询计算机领域专业人士或查阅相关书籍文献。
《计算机科学概论》第3章 操作系统
设备驱动程序
设备驱动程序负责与控制器进行通信 某个设备的驱动程序就类似于该设备的一个管家 例如：打印机的驱动程序
有了设备驱动程序，用户自己编写的程序需要使用某个设备时就 不需要了解该设备的细节
按照这种方式，其他软件组件的设计可以独立于具体设备特有的 特征 这么做的好处在于，使得操作系统可以独立于计算机的硬件
1. 软件综述
在软件分类中，由于学科的发展变化和权威的缺乏， 导致出现了一些矛盾的分类方法。
因此，应该把下面的分类方法看作我们学习、研究 软件的一种工具，而不是普遍接受的事实。
操作系统的体系结构
1. 软件综述
操作系统的体系结构
1. 软件综述
把某些工作通过实用软件来实现，可以降低操作系统的复杂性 实用程序和其他类别的软件没有十分明确的界定线。
操作系统的体系结构
2. 操作系统的组件
内存管理程序
内存管理程序负责协调计算机对主存储器使用的任务 在单任务的环境里，内存的管理比较简单 在多用户与多任务的环境里
许多程序和数据被共同存放在内存中，要求计算机能同时处 理多个需求，这时内存管理程序的职责就扩展了； 存储器管理程序必须为那些需要新的存储空间的程序找到空 闲的存储单元； 同时，跟踪那些不再被占用的存储单元，及时地释放他们 （标记为空闲状态）。
具有优先级的队列的利与弊
操作系统的发展
批处理
操作系统的发展
传统批处理使得用户范围与机器范围的分界线变得明显;分工明确 专一，效率提高。
主要缺点：程序一旦提交给作业队列，用户就无法与它交互。
操作系统的发展
交互式处理－允许执行一个程序来通过远程终端与用户 对话。
操作系统的发展
实时处理－计算机在一个限期内被强制执行任务。
计算机计算原理
计算机计算原理计算机计算原理是指计算机进行计算的基本原理和方法。
计算机计算原理主要包括数字逻辑、算术运算、存储器、控制器等方面的内容。
在计算机科学与技术领域中，计算机计算原理是非常重要的基础知识，它关乎着计算机系统的设计、性能优化和应用效果。
数字逻辑是计算机计算原理的基础，它是指利用数字信号进行逻辑运算的原理。
数字逻辑包括与门、或门、非门等基本逻辑门，通过这些逻辑门的组合可以实现各种逻辑运算，如与运算、或运算、非运算等。
数字逻辑的设计和实现是计算机硬件系统的基础，它直接影响着计算机系统的性能和功能。
算术运算是计算机进行数值计算的基本原理。
计算机通过算术逻辑单元(ALU)来实现加法、减法、乘法、除法等数值运算，这些运算是计算机进行复杂计算的基础。
算术运算的实现需要考虑运算的精度、速度和稳定性等因素，这直接关系着计算机系统的计算能力和应用效果。
存储器是计算机计算原理中的重要组成部分，它用来存储计算机运行时所需要的数据和指令。
存储器包括内存和外存两种形式，内存用来存储运行时的数据和程序，外存用来存储长期数据和程序。
存储器的设计和管理直接关系着计算机系统的运行速度和存储容量，它是计算机系统中的关键组成部分。
控制器是计算机计算原理中的核心部分，它用来控制计算机系统的运行和数据流动。
控制器包括指令译码、时序控制、中断处理等功能，它协调各个部件之间的工作，保证计算机系统能够按照程序的要求进行计算和运行。
控制器的设计和实现对计算机系统的性能和稳定性有着重要的影响，它是计算机系统中的关键组成部分。
综上所述，计算机计算原理是计算机科学与技术领域中的重要基础知识，它关乎着计算机系统的设计、性能优化和应用效果。
数字逻辑、算术运算、存储器、控制器等方面的内容是计算机计算原理的核心内容，它们共同构成了计算机系统的基本原理和方法。
只有深入理解和掌握计算机计算原理，才能够在计算机科学与技术领域中取得更好的成就。
第3章计算机硬件组成及工作原理
2.3.1 CPU组成
控制器和运算合称为中央处理单元(Central Processing Unit)，简称CPU。CPU是使整部计算机能 够运作的最核心、最重要的组件。 其作用就是当计 算机系统开始运行时，CPU从内存中读取操作它的软 件的指令与数据，透过ALU运算出结果后存回内存， 同时由主机板，与外界的I/O外围沟通，达到数据处 理的目的。
是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯 的通路。本节主要介绍片外总线。系统总线、I/O总线、 外部总线都是片外总线。
1. 系统总线——（也叫前端总线FSB）一般为CPU与存储
器(L2 Cache)、芯片组之间的连接总线。是CPU的数据、 指令等传输通道，也是I/O总线的过度总线。
总线的基本概念
3）数据送到哪里——地址总线作用
通过地址总线确定数据的来源和去向。
00
部数件据 1
地址总线
10
10
数据总线
01 部件2
10
数据
10 部件3
10
数据
11 部件4
10
3.1.2 计算机的总线结构
总线的定义：
总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址 和控制信息的公共通路。总线通过分时共享的方式，将信息以一个或多 个源部件传送到一个或多个目的,是计算机中传输数据的公共通道。
于丰富程序设计手段、方便程序编制、提高程序的 质量、减少访问主存的次数以及压缩程序占用的内 存空间等方面都起着重要作用。每台计算机的指令 系统都有自己的一套寻址方式。
计算机导论课后习题及参考答案
计算机导论课后习题第一章绪论一、单项选择题1.世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于（）。
A．1941年B．1946年C．1949年D．1950年2.世界上首次提出存储程序计算机体系结构的是（）。
A．莫奇莱B．艾仑·图灵C．乔治·布尔D．冯·诺依曼3.世界上第一台电子数字计算机采用的主要逻辑部件是（）。
A．电子管B．晶体管C．继电器D．光电管4.物理器件采用晶体管的计算机被称为（）。
A．第一代计算机B．第二代计算机C．第三代计算机D．第四代计算机5.下列叙述正确的是（）。
A．世界上第一台电子计算机ENIAC,首次实现了“存储程序”方案B．按照计算机的规模，人们把计算机的发展过程分为四个时代C．微型计算机最早出现于第三代计算机中D．冯·诺依曼提出的计算机体系结构奠定了现代计算机结构的理论基础6.计算机最早的应用领域是（）。
A．科学计算B．数据处理C．过程控制D．CAD／CAM／CIMS7.计算机辅助设计的简称是( )。
A．CAD B．CAM C．CAI D．CBE8.当前的计算机一般称为第四代计算机，它所采用的逻辑元件是（）。
A.晶体管B.集成电路C.电子管D.大规模集成电路9.按照计算机用途，可将计算机分为（）。
A．通用计算机和个人计算机B．数字计算机和模拟计算机C．数字计算机和混合计算机D．通用计算机和专用计算机10.计算机中所有信息的存储都采用（）。
A．十进制B．二进制C．八进制D．十六进制11.计算机最主要的工作特点是（）。
A．存储程序与自动控制B．高速度与高精度C．可靠性与可用性D．有记忆能力12.计算机硬件的组成部分主要包括运算器、存储器、输入设备、输出设备和（）。
A．控制器B．显示器C．磁盘驱动器D．鼠标器13.客机、火车票系统属于（）方面的计算机应用。
A．科学计算B．数据处理C．过程控制D．人工智能14.个人计算机属于（）。
A．小巨型机B．小型计算机C．微型计算机D．中型计算机15.计算机之所以能实现自动连续执行，是由于计算机采用了（）工作原理。
大学计算机基础第三章-微型计算机硬件组成
外部设备
大学计算机基础
大学计算机基础
3.2 微型计算机硬件系统
3.2.1 CPU 3.2.2 主板 3.2.3 存储器 3.2.4 总线与接口 3.2.5 输入/输出设备
大学计算机基础
3.2.1 CPU
1. CPU分类 CPU组成：运算器、控制器和寄存器组，通过内部数 据总线传送信息。 CPU有通用CPU和嵌入式CPU。其区别主要在于应 用模式的不同。
- ④ 外存储器容量 指硬盘容量
- ⑤ 配置的外部设备
大学计算机基础
3. 微型计算机的发展方向
–① 高速化 处理器主频 –② 超小型化 典型的标志是笔记本电脑和PDA
的流行。 –③ 多媒体化 全新的多、虚拟现实技术 和发展多媒体通信等。 –④ 网络化 网络计算机、具有联网功能的 PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。 –⑤ 隐形化 今后将摆脱显示屏、键盘加主机 的传统形象，电视计算机、影音计算机等将大量 出现。
• 通用CPU追求高性能，功能比较强，能运行复杂的 操作系统和大型应用软件；
• 嵌入式CPU则强调处理特定应用问题的高性能，主 要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操 作系统，在功能和性能上有很大的变化范围。
大学计算机基础
2.衡量CPU性能的主要技术指标
1. CPU字长 CPU内部各寄存器之间一次能够传送的数据位。即同一时间能一次处理的 二进制数的位数。下一步的主流CPU是64位。
大学计算机基础
微机主板结构图 CPU插槽
内存插槽
芯片组 电池 总线插槽
鼠标插口 键盘插口
大学计算机基础
图3-2.2 微机主板图
并行接口
USB接口
串行接口
1. CPU插槽
计算机基本工作原理
计算机基本工作原理
计算机基本工作原理可以通过以下几个方面来进行解释。
1. 输入与输出：计算机接收输入数据并通过处理产生输出结果。
输入可以来自于用户的键盘、鼠标或其他外部设备，输出可以是显示器上的图像、打印机上的文字等。
2. 中央处理单元（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责
执行各种指令和进行运算。
它包含算术逻辑单元（ALU）用
于执行算术和逻辑运算，以及控制单元（CU）用于解析和执
行指令。
3. 存储器：计算机使用存储器来保存数据和程序。
主存储器（内存）用于临时存储数据和指令，而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）用于长期存储。
4. 运算逻辑：计算机通过在CPU中执行算术和逻辑运算来处
理数据。
算术运算包括加减乘除等，而逻辑运算则用于判断条件、比较数值等。
5. 控制流程：计算机按照程序指令的顺序执行操作，这些指令从存储器加载到CPU中执行。
通过跳转、循环等控制指令可
以改变程序的执行顺序，实现不同的逻辑功能。
6. 总线系统：计算机内部的各个组件通过总线进行数据传输和通信。
总线可以分为数据总线（传输数据）、地址总线（指示存储器地址）和控制总线（传输控制信号）等。
7. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
它提供了用户与计算机之间的交互接口，并调度和分配系统资源。
以上是计算机基本工作原理的简要介绍，计算机的工作原理还涉及到许多细节和技术，如指令集架构、编程语言、并行处理等。
(完整版)微型计算机原理(第三章课后答案)
微型计算机原理第三章80X86微处理器1．简述8086／8088CPU中BIU和EU的作用，并说明其并行工作过程。
答：(1)BIU的作用：计算20位的物理地址，并负责完成CPU与存储器或I/O端口之间的数据传送。
(2)EU的作用：执行指令，并为BIU提供所需的有效地址。
(3)并行工作过程：当EU从指令队列中取出指令执行时，BIU将从内存中取出指令补充到指令队列中。
这样就实现了取指和执行指令的并行工作。
2．8086／8088CPU内部有哪些寄存器?其主要作用是什么?答：8086／8088CPU内部共有14个寄存器，可分为4类：数据寄存器4个，地址寄存器4个，段寄存器4个和控制寄存器2个。
其主要作用是：(1)数据寄存器：一般用来存放数据，但它们各自都有自己的特定用途。
AX(Accumulator)称为累加器。
用该寄存器存放运算结果可使指令简化，提高指令的执行速度。
此外，所有的I／O指令都使用该寄存器与外设端口交换信息。
BX(Base)称为基址寄存器。
用来存放操作数在内存中数据段内的偏移地址，CX(Counter)称为计数器。
在设计循环程序时使用该寄存器存放循环次数，可使程序指令简化，有利于提高程序的运行速度。
DX(Data)称为数据寄存器。
在寄存器间接寻址的I／O指令中存放I／O端口地址；在做双字长乘除法运算时，DX与AX一起存放一个双字长操作数，其中DX存放高16位数。
(2)地址寄存器：一般用来存放段内的偏移地址。
SP(Stack Pointer)称为堆栈指针寄存器。
在使用堆栈操作指令(PUSH或POP)对堆栈进行操作时，每执行一次进栈或出栈操作，系统会自动将SP的内容减2或加2，以使其始终指向栈顶。
BP(Base Pointer)称为基址寄存器。
作为通用寄存器，它可以用来存放数据，但更经常更重要的用途是存放操作数在堆栈段内的偏移地址。
SI(Source Index)称为源变址寄存器。
SI存放源串在数据段内的偏移地址。
《大学计算机基础》教学大纲
《大学计算机基础》教学大纲一、课程基本信息英文名称：Fundamentals of Computers 课程编号：080620001课程学时：32 课程学分：2适用专业：所有专业课程性质：必修开课单位：信息工程学院开课学期：一年级上学期先修课程：无二、课程教学目标目标1：让学生了解计算学科发展，弘扬计算机文化，培养学生的信息素养和计算机的识知能力。
目标2：让学生理解和建立“信息、计算、智能”这三大核心科学概念，理解计算机完成问题求解和进行信息处理的基本原理和方式，培养学生掌握以“合理抽象、高效实现”为特征的构造性过程即“计算思维”的能力。
目标3：培养学生基于网络的学习能力和依托信息技术的共处能力，培养学生运用计算思维解决各自专业领域问题的能力以及进行系统设计和创新的能力。
三、课程要求1、课程教学要求（1）让学生熟悉计算机分类、计算机特点、应用领域，了解普适计算、网格计算、云计算、物联网、人工智能初步、大数据等技术；（2）熟悉进位计数制的基本概念、转换，计算机中非数值数据的表示；（3）掌握计算机软硬件的关系、计算机系统组成和工作原理；（4）了解与掌握结构化程序设计和面向对象程序设计的基本概念；熟悉算法的基本概念、算法的表示及三种控制结构，熟悉数据结构的基本概念；（5）理解操作系统的基本概念、功能、特征和类型；（6）理解与掌握数据库的基本概念、数据模型基本概念、三级模式和二级映像及二级数据独立性、关系代数运算；（7）熟悉软件工程基本概念，了解软件工程生命周期，软件分析与软件设计方法；（8）熟悉计算机网络的基本概念、局域网的基本概念和基本技术，Internet信息检索技术；（9）了解信息安全基本概念，熟悉掌握算机病毒概念及防范措施。
2、教学方法以融入计算思维的问题/任务驱动、案例教学、课堂研讨等教学法为主，以知识性的课堂讲授法为辅的综合教学方法。
注重师生之间、学生之间的互动和交流，引导学生独立思考，强化科学思维的训练。
第3章计算机硬件系统
总线是指计算 机系统中能够为多 个部件共享的公共 信息通道,是计算机 信息通道 是计算机 系统的骨架
CPU 通过总线与内存交换数据
3.2 系统单元 系统主板与时钟频率 系统主板：又称为底板或母板, 系统主板：又称为底板或母板,它是整个 计算机系统的通信网, 计算机系统的通信网,系统单元的每个元 器件直接连接到系统主板, 器件直接连接到系统主板,它们通过系统 主板进行数据的交换 系统时钟：控制计算机操作的速度， 系统时钟：控制计算机操作的速度，这 个速度用兆赫（MHz）表示。 个速度用兆赫（MHz）表示。１兆赫等于 每秒一百万周期，时钟周期速度越快， 每秒一百万周期，时钟周期速度越快， 则计算机处理信息的速度就越快
存储位
存储单元
0000H 0001H 0002H
（字节） 字节）
存储体
存储单元地址
FFFFH
存储体结构图
例3.1 CPU 从内存读取地址为 44H中的数据 中的数据54 44H中的数据54
将数据35 35放入内存地址 例3.2 CPU 将数据35放入内存地址 为 48H中 48H中
3.3 输入输出系统
微型计算机一般由主机箱、显示器、键盘、鼠标、 微型计算机一般由主机箱、显示器、键盘、鼠标、 打印机组成，主机箱里面一般有主板、硬盘、软驱、 打印机组成，主机箱里面一般有主板、硬盘、软驱、 光驱、电源，主板上一般插有CPU、内存、显示卡等。 光驱、电源，主板上一般插有 、内存、显示卡等。
微 型 计 算 机
冯·诺依曼体系结构 诺依曼体系结构 体系结构指的是,构成系统 体系结构指的是 构成系统 主要部件的总体布局、 主要部件的总体布局、部件的 主要性能以及这些部件之间的 连接方式。 连接方式。 诺依曼体系结构的要点： 冯·诺依曼体系结构的要点： 诺依曼体系结构的要点 计算机由运算器、 计算机由运算器、控制器 存储器、 、存储器、输入设备和输出设 大部分组成。 备5大部分组成。 大部分组成
计算机原理——课后练习题
第1 章计算机系统概述【1-1】简答题（1）计算机字长（Word）指的是什么？（2）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么？（3）总线信号分成哪3 组信号？（4）外部设备为什么又称为I/O 设备？（5）Windows 的控制台窗口与模拟DOS 窗口有什么不同？[答案]（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。
（2）指令的处理过程。
处理器的“取指—译码—执行周期” 是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。
（3）总线信号分成3 组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。
（4）因为外设以输入（Input）和输出（Output）形式与主机交换数据。
（5）Windows 的控制台窗口是基于32/64 位Windows 操作系统，模拟DOS 窗口是基于16 位DOS 操作系统。
【1-2】判断题（1）处理器是计算机的控制中心，内部只包括5 大功能部件的控制器。
（2）处理器并不直接连接外设，而是通过I/O 接口电路与外设连接。
（3）处理器进行读操作，就是把数据从处理器内部读出传送给主存或外设。
【读操作是数据由模块到主模块的数据传送，写操作是数据由主模块到从模块的数据传送。
】（4）软件与硬件的等价性原理说明软硬件在功能、性能和成本等方面是等价的。
【软件和硬件的等价性原理是什么？特点？答：理论上，任何一个由软件所完成的操作也可以直接由硬件来实现，任何一条由硬件所执行的指令也能用软件来完成。
特点：软件易于实现各种逻辑和运算功能，但是往往速度较慢；硬件则可以高速实现逻辑和运算功能，但是难以实现复杂功能或计算。
】（5）支持USB 2.0 版本的USB 设备一定能够以高速（480Mb/s）传输数据。
【USB2.0最高理论带宽是480Mb/s，USB3.0最高理论带宽是5Gb/s.】[答案]（1）错（2）对（3）错（4）错（5）错【1-3】填空题（1）CPU 是英文___________的缩写，中文译为___________，微型机采用___________ 芯片构成CPU。
简述计算机的基本工作原理
简述计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理。
计算机是一种能够自动进行数据处理的电子设备，它的工作原理是基于数字电子技术和计算机科学理论的基础上。
计算机的基本工作原理主要包括数据的输入、处理、存储和输出四个方面。
首先，数据的输入是指将外部的数据或信息输入到计算机中，这可以通过键盘、鼠标、触摸屏等输入设备完成。
输入的数据经过输入设备转换成计算机能够识别的二进制代码，然后传输到计算机的中央处理器(CPU)进行处理。
其次，数据的处理是指CPU对输入的数据进行运算、逻辑判断、控制等操作。
CPU是计算机的核心部件，它能够根据程序指令对数据进行加工处理，包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。
CPU的运算速度和处理能力直接影响计算机的性能。
接着，数据的存储是指将处理后的数据保存在计算机的存储设备中，包括内存和硬盘等。
内存用于临时存储数据和程序，能够快速读写，但断电后数据会丢失；硬盘用于长期存储数据，能够持久保存，但读写速度相对较慢。
最后，数据的输出是指将处理后的数据通过显示器、打印机、音响等输出设备呈现给用户。
输出设备能够将计算机处理后的数据转换成人类能够理解的形式，使用户能够获取所需的信息和结果。
总的来说，计算机的基本工作原理是通过输入设备将外部数据输入到计算机中，经过CPU进行处理，然后将处理后的数据存储在存储设备中，最终通过输出设备呈现给用户。
这一过程是持续不断的，计算机能够通过不断的输入、处理、存储和输出数据来完成各种复杂的任务和运算。
除了以上基本工作原理，计算机还涉及到许多其他方面的知识，比如操作系统、网络通信、软件开发等。
这些知识都是计算机科学与技术的重要组成部分，对于理解计算机的工作原理和提高计算机应用能力都具有重要意义。
总的来说，计算机的基本工作原理是数据的输入、处理、存储和输出，这一过程是持续不断的，是计算机能够完成各种复杂任务和运算的基础。
同时，计算机科学与技术的发展也为计算机的工作原理和应用提供了更多的可能性和机会。
计算机组成原理第3章2 加法器与运算部件
所以 Ci = Gi + Pi Ci-1
本地进位、绝对进位
（2）串行进位
条件进位、传递进位
特点：进位信号逐位形成。C1 = G1 + P1C0
设n位加法器 1）逻辑式
C2 = G2 + P2C1
Cn = Gn + PnCn-1
2）结构举例
Gi
Pi
C2 G2 P2 C1 G1 P1 C0 Ai Bi Ai Bi
第二步: 结合时序, 拟定每一步操作所需要的微操作 命令, 并以操作时间表的形式将微命令以及 微命令产生的条件列出来。
第4步是CPU设计过程的关键步骤。
5、形成控制逻辑
如果采用组合逻辑设计方法: 根据第4步的工作, 将微命令产生的条件进行综合、 简化以后, 形成逻辑表达式, 用逻辑电路予以实 现。
3.3 加法器与运算部件
计算机中的算术运算和逻辑运算都用一个 算术、逻辑运算部件ALU(Arithmetic Logic Unit)来实现。 本节内容重点讨论用加法器来实现各种运 算处理。
复杂运算 四则运算 加法运算
加法单元
（本位进位）
Ci
（本位和）
∑i
加法单元 i
一个输入为1时， ∑i为1，Ci为0；
GⅡ
组间： C8 = G8 + P8G7 + P8P7G6 + P8P7P6G5 + P8P7P6P5CI
PⅡ
所以 CⅡ = GⅡ + PⅡCI
3）第3组进位逻辑式
组内： C9 = G9 + P9CⅡ C10 = G10 + P10G9 + P10P9CⅡ C11 = G11 + P11G10 + P11P10G9 + P11P10P9CⅡ
微型计算机的基本工作原理——郑学坚、周斌《微型计算机原理及应用》
电子信息类专业学科基础课程
微机原理
第三章 微型计算机的基本工作原理
物理与电子信息学院
授课教师：侯俊钦
1
第3章 微型计算机的基本工作原理
1 微型计算机结构的简化形式
2 指令系统
章
3 程序设计
节
4 执行指令的例行程序
目
5 控制部件
录
6 微型计算机功能的扩展 7 初级程序设计举例
8 控制部件的扩展
9 现代技术在微型计算机中的应用
执行指令的例行程序
➢ 如果把一段程序的运行比作做一套广播体操
• 每一节相当于一条指令，每一节的时间即为指令周期 • 体操中每一节是等长的，而实际指令周期可以是不等长的，但均为CPU周期的整数倍 • 每节的每一小节（一个1、2、3、4），相当与一个CPU周期 • 一节体操通常分4小节，取指令需要1个小节即1个CPU周期，执行这条指令一般需要1至
7. 算术逻辑部件ALU
它只是一个二进制补码加法器／减法器。
当SU=0，ALU，进行加法A+B；当SU=1， 8
ALU，进行减法A-B，即(A+B′)。
8
A
8
8
ALU
8. 寄存器B 将要与A相加减的数据暂存于此寄存器。
8
8 B
它到ALU的输出也是双态的，即无E门控
制。
LA CLK EA
计算机基本的工作原理
计算机基本的工作原理计算机的基本工作原理是指计算机是如何完成数据的输入、处理、输出等基本功能的过程。
首先，计算机的工作原理是基于二进制的运算方式的。
二进制是一种由0和1组成的数字系统，计算机使用二进制来表示和处理所有的数据和指令。
这一点非常重要，因为计算机的所有运算和存储都是通过电子开关来完成的，而二进制可以很好地对应于开关的状态。
其次，计算机的基本组成部分是中央处理器（CPU）、内存和输入/输出设备。
CPU是计算机的大脑，负责执行指令和处理数据。
内存是计算机的临时存储空间，用于保存正在运行的程序和数据。
输入/输出设备则用于与外部世界进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
计算机的工作流程是从输入开始，经过处理，最后输出结果。
具体来说，计算机首先通过输入设备接收外部数据，比如用户从键盘输入的文本。
输入的数据会被传送到CPU进行处理。
CPU会读取程序和数据的指令，对数据进行算术运算、逻辑运算等操作，并将结果存储在内存中。
内存中的数据可以被CPU随时访问，这样可以加快计算速度。
在数据处理过程中，CPU还需要不断地从内存中读取程序的指令，以确定下一步应该执行什么操作。
这个过程被称为指令周期。
CPU的内部结构包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器。
ALU负责执行具体的算术和逻辑运算，比如加法、减法、与门、或门等。
CU则负责控制整个计算机的操作，比如从内存中读取指令、识别指令的类型等。
寄存器则用于暂时存储数据和指令。
经过CPU的处理后，计算机会将结果输出到显示器、打印机或其他输出设备上。
输出的数据经过转换后，用户可以通过这些设备来看到计算机的运行结果。
总结起来，计算机的基本工作原理是通过输入设备接收数据，CPU负责处理和计算这些数据，最后将结果输出到输出设备上。
这个过程涉及到计算机硬件的各个组成部分以及它们之间的相互协作。
为了更好地理解计算机的工作原理，还需要了解更多关于计算机组成原理、操作系统以及各种算法和数据结构等相关知识。
- 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)。
/webnew/
3.3.4 神经计算机（2） 神经计算机（2
神经计算机将用于制造机器人的视觉、语言处理系 统等，其中每一种用途都需要识别大量不清楚或不 确定的数据，并进行直观的判断。 中国科学院两项最新科研成果，“高精度双权值突 触 神 经 元 计 算 机 ——CASSANN-II” 和 “ 高 速 二 值 HOP FIELD网络神经计算机” 达到国际先进水平。 半导体神经网络包括了微电子、计算机、自动化、 信息处理、应用数学等多个学科，对我国人工智能 与信息技术的发展有很重要的意义，也将为微电子 开辟新的应用领域和潜在的市场。
冯诺伊曼的两项基本原则（2） 诺伊曼的两项基本原则（ 层次化存储
硬件模型
传统计算机 网络计算机
网络计算机 传统计算机 Registers 南桥、北桥、 南桥、北桥、… Memory
IDE、SCSI、PCI、 IDE、SCSI、PCI、…
软件模型
与连接技术无关 TCP/IP是连接技术
Hard Disk
图3.2 计算 机系统的组成
应用软件
数 据 库 管 理 系 统 (Oracle、 IBM 、DB2 等 ) 文字处理软件 表格处理软件 辅助设计软件 实时控制软件 其他应用软件
/webnew/
3.3 超越冯诺依曼结构 超越冯
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 并行计算 向量计算机 生物计算机 神经计算机 量子计算机 三值光计算机
/webnew/
3.3.1 并行计算（1） 并行计算（1
1. 并行性 所谓并行性是指在同一时刻或在同一时间段内完成 两种或两种以上的工作，并行性是指时间 上的重叠。严格地说，并行性可分为同时 性和并发性两种形式。同时性是指两个或 多个事件在同一时刻发生，如书法家左右 手同时书写。并发性是指两个或多个事件 在同一时间段内发生。
/webnew/
3.3.1 并行计算（2） 并行计算（2
2. 并行处理 提高计算机性能的措施之一是提高计算机处理的并 行性，一般主要是采用“时间重叠”和 “资源重叠”的方法。 “时间重叠”是指多个处理过程在时间上互相错开， 轮流使用一套硬件设备的各个部分，以加 快硬件周转，提高计算机的处理速度，采 用流水线方式工作的计算机称为流水线计 算机系统。 “资源重叠”是指采用重复设置硬件设备的方法， 即计算机中资源最紧张的设备就使用多个， 如多处理器系统。
/webnew/
冯诺伊曼的两项基本原则（1） 诺伊曼的两项基本原则（ 程序也是数据
程序 数据
本机 存储
程序
数据
本机 存储
程序
数据
网络 存储
程序
数据
网络 存储
浏览器模型 （HTML里面加URL）
网络计算模型 (代码中加URL)
/webnew/
/webnew/
3.3.5 量子计算机
量子计算机(光子计算机)是一种新型计算机。它遵循 着独一无二的量子动力学规律(特别是量子干涉)来实 现一种信息处理的新模式。 在量子计算机中，基本信息单元(叫做一个量子位或 者qubit，也叫做昆比特)不同于传统计算机，并不是 二进制位而是按照性质四个一组组成的单元。qubit 不仅能在相应于传统计算机位的逻辑状态0和1稳定 存在，而且也能在相应于这些传统位的混合或重叠 状态存在。
3.1 计算的概念
3.1.1 狭义的计算 3.1.2 广义的计算 3.1.3 计算机的计算模型
/webnew/
3.1.1 狭义的计算
计算作为数学的研究对象已有几千年了。计算本身不 等于数学，但数学确实是起源于对计算的研究。 狭义的计算(传统的计算的概念)，是指数的计算，即 通过掌握的数学知识对数进行的一些运算，如加、减、 乘、除、三角函数和微积分等等。这也是我们日常生 活中所说的计算的概念。
/webnew/
3.3.2 向量计算机 （1）
1.标量 什么是标量呢？通常我们将程序中所使用的常量、变 量或数组等其他结构的每一个元素都称为标量。 程序的指令序列称为“标量指令序列”，它的执行过 程为“标量处理”过程。一般来说，一条标量指令只能 处理一个或一对操作数。 基于冯诺依曼结构的计算机属于标量计算机。
3.3.3 生物计算机（2） 生物计算机（2
1. 密集度高：可以达到现有半导体超大规模集成电 路的10万倍 。 2. 动作速度快：分子逻辑元件的开关速度比目前的 硅半导体逻辑元件开关速度高出1000倍以上。 3. “自我修复” 的机能：可靠性非常之高，经久耐 “ 用，具有“半永久性”。 4. 耗能小：由于这种有机分子的生物化学元件是利 用化学反应来进行工作的，所需能量甚少，因此根 本不存在元件发热的问题。
/webnew/
3.3.3 生物计算机（1） 生物计算机（1
所以，有的科学家设想：假如有机物的分子也具有 这种“开”和“关”的功能，那岂不是可以把它们 作为计算机的基本构件，从而造出“有机物计算机” 吗？ 科学家发 现，一些半醌类有 机化合物的分子具 备 “开”和“关”两种电态功能，可以把它当成一个 开关。科学家们还进一步发现，蛋白质分子中的氢 也具备“开”和“关”两种电态功能，因而也可以 把一个蛋白质分子当成一个开关。 从理论上说，只要是用半醌类有机化合物的分子或 蛋白质的 分子作元件，就能 制造出“半醌型” 或 “蛋白质型”的计算机。由于有机物分子总是存在 于生物体 内，所以人们把这 种有机物计算机称 作 “生物计算机”，或称作“分子计算机”。 /webnew/
/webnew/
3.3.4 神经计算机（1） 神经计算机（1
神经计算机是一种智能计算机，它在接受与处理命 令时模拟人脑的思维功能，它将把人造神经元组装 起来，形成智能“机器脑”。 它是与神经解剖学有着密切联系，并模拟人脑思维 方法的一种计算结构。它是一种很有发展前景的未 来计算机。
/webnew/
3.3.1 并行计算（3） 并行计算（3
3. 并行计算 利用并行计算机系统进行信息的并行处理称为并行 计算。并行计算的内容主要包括并行计算 方法、并行计算模型、并行算法、并行程 序设计、并行测试程序、测试结构分析等 等。其中，并行算法是并行处理的研究重 点之一。 并行算法的目标就是以空间换时间。即通过增加空 间的维数和处理器的台数，来换取算法实 现所需的时间
/webnew/
3.2 冯诺依曼结构
3.2.1 “存储程序”原理 存储程序” 存储程序 3.2.2 冯诺依曼结构 诺依曼结构 3.2.3 计算机系统组成
/webnew/
3.2.1 “存储程序”原理 “存储程序”原理
/webnew/
3.3.5 量子计算机（1） 量子计算机（1
/webnew/
3.1.3 计算机的计算模型
计算模型是刻画计算这一概念的一种抽象形式系统或 数学系统，而算法是对计算过程步骤(或状态)的一种 刻画，是计算方法的一种能行实现方式。 20世纪30年代是计算模型研究取得突破性进展的时期。 哥德尔、丘奇(A.Church)、图灵(A.M.Turing)、波斯特 (A.Church) (A.M.Turing) (E.L.Post)等人在研究中陆续提出了一批计算模型，如 递归函数、λ演算、图灵机、波斯特系统等，并称这 些模型是用算法方法解决问题的极限。 图灵提出的形式化的理想计算模型(称为图灵机)深刻 地揭示了计算这一本质概念，为可计算理论奠定了基 础。
1. 程序 ： 计算机程序是指预先设定好的，能够在计算机系统 中运行的程序。随着科研工作的开展和计算机在各 行各业应用的推广，为了提高效率和可靠性，围绕 程序的设计、描述、构造、分析、测试和验证等方 面，发展了许多技术，它们被统称为程序技术。 2. “存储程序”原理 将我们根据特定问题编写的程序存放在计算机存储 器中，然后按存储器中存储程序的首地址执行程序 的第一条指令。以后就按照该程序的规定顺序执行 其他指令，直至程序结束执行。
第3章 计算机基本工作原理
（时间：2次课，4学时）
/webnew/
第3章 计算机基本工作原理
3.1 3.2 3.3 3.4 计算的概念 冯诺依曼结构 诺依曼结构 超越冯诺依曼结构 超越冯 诺依曼结构 思考题
/webnew/
/webn同性质的、相互独立的标量称为“向量”， 如数组中的N个元素。对这样一组数的运算称为“向 量处理”。一条向量指令可以处理N个或N对操作数。 因此，向量指令的处理效率要比标量指令的处理效 率高得多。 能够使用向量指令的计算机称为向量计算机。向量 处理结构目前已成为解决数值计算问题的一种最重 要的高性能结构。它有两个主要优点：效率高和适 用性广。
TCP/IP、NETBIOS、HTTP、 TCP/IP、NETBIOS、HTTP、…
Internet
/webnew/
3.2.3 计算机系统组成
一个完整的计算机系统应包含硬件系统和软 件系统。 硬件系统是指组成计算机的物理设备，即由 电子器件、机械部件构成的具有输入、输出、 处理等功能的实体部件。 软件系统是指计算机系统中的程序以及开发、 使用和维护程序所形成的文档。
/webnew/
3.2.2 冯诺依曼结构
主要由五部分组成：存储器、运算器、控制器、 输入设备、输出设备。
输入设备 程序 数据 存储器 输出设备 结果 主机
运算器
控制器
图例： ................................................................................................
/webnew/
运算器 中 央 处 理 器 (CPU) 主机 内存储器 硬件 系统 随 机 存 储 器 (RAM ) 输 入 设 备 (键 盘 、鼠 标 、扫 描 仪 等 ) 外部设备 输 出 设 备 (显 示 器 、打 印 机 、绘 图 仪 等 ) 外 存 储 器 (硬 盘 、软 盘 、磁 带 、光 盘 等 ) 计 算 机 系 统 系统软件 系统服务程序 软件 系统 操 作 系 统 (Windows、UNIX、Linux 等 ) 编译程序 语言处理系统 解释程序 汇编程序 监 控 、检 测 程 序 连接编辑程序 连接装配程序 调试程序 其他服务程序 控制器 只 读 存 储 器 (ROM )