计算机系统设计基础
计算机程序设计基础教程
计算机程序设计基础教程
计算机程序设计是计算机科学领域最基础的技术和知识之一，也是实现计算机应用的基础。
通过计算机程序设计基础教程，可以帮助人们更好地理解和利用计算机的潜力。
计算机程序设计基础教程旨在向读者传授建立良好的编程基础。
它从数据结构开始，然后介绍流程控制，接下来是排序算法，再讲解数据库和语言，最后介绍计算机网络以及其他最新技术。
此外，本教程还囊括大量的编程实践和模拟练习，让读者更好地理解编程技术，并能够一步步掌握实战技术。
计算机程序设计基础教程还涵盖了嵌入式系统、操作系统、信息安全、软件工程等计算机应用领域，从而使读者更好地理解实际应用的开发和使用。
本教程的前半部分介绍了基本的编程技术，包括算法和数据结构、流程控制和程序设计。
其中介绍了C、C++、Java等多种语言的基本
知识，以及一些科学计算方法，以及一些算法和数据结构的应用，这些技术是实现程序设计的基础。
后半部分介绍了高级编程技术，包括操作系统、网络编程、数据库、软件工程、信息安全等领域。
这些内容可以让读者深入学习和使用计算机科学的最新技术，学习编写更高效的程序、建立更安全的信息系统、实现高效的数据处理系统等。
计算机程序设计基础教程是一本从基础知识开始、深入浅出、有系统地介绍计算机程序设计的科普书。
本教程是量身定制的，可以满
足计算机初学者的需求，也可以帮助有经验的程序员更好地理解和使用计算机程序设计的更新技术。
计算机体系结构基础
计算机体系结构基础计算机体系结构是计算机科学中的一个重要概念，它定义了计算机硬件和软件之间的交互方式以及如何组织和设计计算机系统的结构。
本文将探讨计算机体系结构的基础知识，包括指令集体系结构、处理器架构和存储器层次结构。
一、指令集体系结构指令集体系结构（Instruction Set Architecture），简称ISA，是计算机体系结构的基础。
它定义了一组与硬件交互的指令集合，并规定了指令的格式、操作码和寻址方式等。
常见的指令集体系结构包括CISC （复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）。
CISC架构的特点是指令集复杂，提供了丰富的指令集合和多种寻址方式，使得每条指令可以执行多个操作。
而RISC架构则强调指令集的精简性和规范性，将更多的工作转移到编译器层面。
两者的选择取决于需求和设计目标，如应用场景的复杂度和对计算速度和资源利用效率的要求。
二、处理器架构处理器架构（Processor Architecture）决定了计算机的运算能力和效率。
处理器是计算机体系结构的核心部件，其结构和设计方式关系到计算机性能的提升和效能的增加。
传统的处理器架构采用单指令流单数据流（SISD）方式，即每次只能执行一条操作指令和一条数据流，效率有限。
而后来出现的多指令流多数据流（MIMD）方式，则能够同时处理多条指令和数据流，提高了计算能力和效率。
此外，处理器架构还包括流水线结构和超标量结构等。
流水线结构将一条指令的执行过程划分为多个阶段，使得各个阶段可以并行进行，从而提高整体执行效率。
超标量结构则允许多条指令并行执行，更进一步提高了计算速度。
三、存储器层次结构存储器层次结构（Memory Hierarchy）是计算机体系结构中的重要组成部分，用于解决计算机存储器访问速度和容量之间的矛盾。
它按照存取速度和容量的大小将存储器划分为多个层次。
存储器层次结构的基本原理是利用不同层次存储介质的速度和容量差异来平衡。
第1章 计算机系统基础
采用二进制和程序存储
John von Neumann 冯•诺依曼
精品资料
冯·诺依曼计算机结构(jiégòu)注意：其中5-10是个
模型
重复的过程
1
程序+ 数据
10
反 馈 信 号
输入
设备 4
请响
2
求 信
应 信
号 号3
运算器
8
存9
取数
数
（内）存储器
(dìzh ǐ)
7
地
பைடு நூலகம்
指 令
5
址
控制器
操 作 命 令
什么(shén me)是现代计算机？
计算机是一种无须人工干预，能对各种信息进 行存储和快速(kuài sù)处理的电子设备。
现代计算机是电子驱动的，其本质特征是存储 控制，即将事先编好的“程序”（指令和数据） 存入“存储器”中，然后计算机就可以按照程 序步骤自动连续执行。
? 思考：计算器和计算机的区别。
精品资料
4. 主要(zhǔyào)性能指标：
➢ 字长 CPU一次所能处理的数据(shùjù)的二进制位数；CPU字长有8bit，16bit， 32bit，64bit等，目前流行的微机主要采用32bit。
➢ 工作频率
➢ 即CPU每秒所能执行的指令条数，常用主频表示，CPU主频通常以MH （兆赫）和GH（千兆赫）为单位，１MH 指每秒执行１百万条指令。目前 流行的CPU的主频均已达GH 数量级
三大芯片 北桥芯片－决定主板性能高
低(gāodī) 南桥芯片－决定主板功能多
少
精品资料
CPU插座 (chāzuò)
目前CPU均采用Socket插座(chāzuò)，Socket插座 (chāzuò)根据CPU引脚的多少进行编号。
本科专业认证《计算机与程序设计基础》(C语言)教学大纲
《计算机与程序设计基础》课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Computer and Programming课程编号：0812010005学分：2.5总学时：40。
其中，讲授学时24，上机学时16。
适用专业：全校非计算机专业理工科本科生先修课程：无开课学院、系：计通学院计算机应用系一、课程目标《计算机与程序设计基础》课程是新生入校的第一门计算机课程，也是大学本科理工科专业学生必修的公共基础课程。
《计算机与程序设计基础》的主要教学目的是使学生较全面、系统地掌握计算机的基本知识，理解计算机操作系统基础知识、掌握操作系统的基本应用，了解办公自动化系统的概念、基本组成和关键技术，熟练掌握文字处理软件、电子表格软件、演示文稿制作软件的使用方法，掌握C语言的基本语法、编程技术和基本算法，掌握程序设计的基本思想和方法，具备利用计算机求解实际问题的基本能力，能灵活应用C语言进行程序设计，有一定的编程和调试程序的能力。
使学生具有利用计算机分析问题、解决问题的意识与能力，提高学生的计算机素养，为将来应用计算机知识和技能解决专业中的实际问题打下必要的基础。
按照国家提出的课程培养目标、以及开设了本课程的相关专业2017培养方案中的毕业要求，制定本课程学习目标如表1所示：表1 《计算机与程序设计基础》（C语言）课程目标-毕业要求关系表二、课程内容及学时分配本课程内容、建议学时以及知识单元与课程目标支撑关系如表2所示。
表2 《计算机与程序设计基础》（C语言）课程内容及学时分配三、教学方法根据所面向学生的不同特点和专业要求，针对不同的教学内容采用不同的组织方式。
对理论性较强的内容以课堂教学为主；对应用性强的部分精讲多练，加强课内实验和课外自主练习；对较复杂的操作性内容采用任务驱动的案例教学；对知识性方面的内容以学生自学为主，同时让学生充分利用网络资源、教育平台进行启发式、讨论式、研究式的自主学习，在教学中给学生提供多样化的探索空间，鼓励他们进行个性化发展。
逻辑和计算机设计基础
程序设计语言
选择适合的程序设计语言，以便更高效地实现软件功能。
软件开发流程
遵循标准的软件开发流程，如敏捷开发、瀑布模型等，以确保软 件质量和开发效率。
人工智能设计
数据驱动模型
利用大量数据进行模型训练，提高人工智能的准确性和可靠性。
算法优化
能正确性。
数字系统设计
数字系统架构设计
根据系统需求，设计出合理的数字系统架构。
微处理器与微控制器
了解微处理器和微控制器的原理、结构、指 令集以及应用。
嵌入式系统设计
掌握嵌入式系统的基本概念、组成、设计流 程以及应用。
系统级编程语言
掌握C、C、汇编等系统级编程语言，能够 进行系统级编程。
数字信号处理
时序逻辑电路
除了逻辑门外，还包含存储 元件，如触发器，用于存储 状态信息。
数字电路
由逻辑门和存储元件组成的 电路，用于执行算术运算和 逻辑运算。
02 计算机设计基础
计算机组成
中央处理器（CPU）
负责执行计算机程序中的指令，控制 计算机的各个部分协调工作。
存储器（Memory）
用于存储数据和程序，包括随机存取 存储器（RAM）和只读存储器 （ROM）。
输入输出设备（I/O）
用于输入和输出数据，如键盘、鼠标、 显示器等。
操作系统（OS）
控制计算机硬件和软件资源，为用户 提供良好的操作界面。
计算机架构
冯·诺依曼架构
01
由五个部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输
入设备和输出设备，是现代计算机的基本架构。
RISC和CISC架构
02 RISC架构强调精简指令集，提高指令执行速度；
自考计算机基础与程序设计第一章
⾃考计算机基础与程序设计第⼀章第⼀章计算机及程序设计基础知识常见考点1.计算机的基本组成2.计算机中数制的转换3.计算机中的编码4.程序设计基础知识重难点串讲⼀、计算机系统组成与⼯作原理计算机的基本结构代表数据流代表控制流（1）冯·诺依曼结构有3条重要的设计思想：①计算机应由运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备5⼤部分组成；②以⼆进制的形式表⽰数据和指令；③程序和数据预先存⼊存储器中，使计算机在⼯作中能⾃动地从存储器中取出程序指令。
（2）计算机的⼯作原理指令：是能被计算机识别并执⾏的⼆进制代码，它规定了计算机能完成的某⼀种操作。
⼀条指令通常由如下两个部分组成：①操作码：它是指明该指令要完成的操作。
②操作数：它指操作对象的内容或者所在的单元格地址。
指令系统：某⼀台计算机所能识别的所有指令的集合。
程序：⼀系列指令的有序集合。
历年试题【单选题】在计算机中,指令通常是由( )A．操作码、操作数组成B．源操作数、⽬标操作数组成C．反码、补码组成D．直接寻址、⽬的寻址组成【答案】A 【解析】该题考查的是指令的组成。
教材中没有相关内容。
⼆、计算机系统组成历年试题【单选题】⼀个完整的计算机系统应该包括( )A．主机和外设 B．主机和操作系统C．硬件系统和软件系统 D．系统软件和应⽤软件【答案】C【解析】该题考查的是⼀个完整的计算机系统的组成。
教材(P2)。
1.中央处理器(CPU)是计算机的核⼼部件，由运算器和控制器构成。
运算器⼜称算术逻辑部件，主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。
控制器是整个计算机的指挥中⼼，发出各种控制信号，指挥计算机各部分⼯作。
2.存储器(Memory)⽤来存储程序和数据，存储器可分为两⼤类：内存储器和外存储器（1）内存储器简称内存，可以与CPU直接交换数据，特点是：容量⼩、速度快，但价格贵。
内存⼀般分为ROM和RAM。
ROM：只读存储器，⼀种只能读取数据不能写⼊数据的存储器，断电后，ROM中的信息不会全丢失。
计算机控制系统设计的基本内容
计算机控制系统设计的基本内容
计算机控制系统设计主要包括以下基本内容:
1. 控制理论基础知识：计算机控制系统的设计需要运用控制理论的基础知识，如传递函数、稳定性分析、动态响应分析等。
2. 计算机控制系统的硬件设计：包括控制器、传感器、执行器等硬件设备的设计和选型，需要考虑硬件设备的可靠性、性能、成本和可维护性等因素。
3. 计算机控制系统的软件设计：包括控制系统的算法设计、软件界面设计、数据采集和处理等，需要运用计算机编程语言和软件设计工具进行开发。
4. 计算机控制系统的调试和测试：设计完成后，需要进行系统调试和测试，以确保系统的稳定性、可靠性和性能指标符合要求。
5. 计算机控制系统的应用和优化：在实际应用场景中，需要对计算机控制系统进行优化和调整，以提高控制性能和效率。
以上是计算机控制系统设计的主要基本内容，不同的应用场景和控制需求可能需要针对具体情况进行定制化设计。
计算机系统基础实验报告
计算机系统基础实验报告随着计算机技术的发展，如今计算机系统已成为一门重要学科，它影响着社会各个领域的发展。
计算机系统主要研究软件和硬件的基础支持、操作系统和编程技术、网络技术、安全技术等，并且被广泛应用于各个方面，如机器学习、社交网络、大数据等，是目前经济和社会发展的核心驱动力。
因此，深入地研究计算机系统的基础理论和原理，有助于更好地掌握计算机系统及其应用，加强社会发展的大背景中计算机系统的地位，发挥计算机系统在解决实际问题中的价值。
第二部分：实验目的本次实验旨在深入探索计算机系统的基础原理，加强对计算机系统的理解，学习和熟悉计算机系统的基本架构，以及相关的安全技术。
实验过程中，学习者们将设计、实现、运行相关实验，以便收获信息，反思一般原理，更好地理解安全技术等思想。
第三部分：实验内容通过本次实验，学习者将学习和实践以下内容：（1）计算机系统架构：包括CPU、内存、输入设备、输出设备、存储器、网络技术、操作系统、软件等基础技术的概念、组件的认识和工作原理；（2）深入研究主流系统架构，如PC机系统、Android系统、 Linux 系统等；（3）深入研究计算机系统的软硬件基本原理，如内存管理、安全和存储技术；（4）理解和掌握主流操作系统的基本构造、设计方法和操作原理；（5）掌握基本编程技术，以及网络传输和安全技术；（6）掌握网络通信协议、网络通信安全技术和防火墙技术等。
第四部分：实验仪器本次实验主要使用：（1）计算机硬件：如电脑、网卡、显卡、存储器等；（2）软件：操作系统（如Windows系统、Linux系统等）；（3）调试和测试工具：如hex编辑器、调试软件、系统测试软件等；（4）安全工具：如病毒检测、系统审计、安全审核等；（5）网络设备：如防火墙、路由器等。
第五部分：实验过程本次实验的具体可分为以下几个步骤：（1）计算机系统架构：了解和掌握计算机系统的基本架构，包括CPU、内存、输入设备、输出设备、存储器、网络技术、操作系统、软件等；（2）主流系统架构：深入攻克PC、Android、Linux等主流系统架构，深入了解系统操作和应用原理；（3）系统安全：学习计算机系统安全技术，如存储器管理，安全检查，网络通信协议，防火墙技术等；（4）操作系统主题：掌握操作系统的基本构架、设计方法和运行原理；（5）编程技术：掌握基本编程技术，包括程序设计、算法分析、程序调试等；（6）报告编写：实验完成后，根据实验内容和实验结果，编写实验报告。
ouc 计算机系统基础
ouc 计算机系统基础计算机系统基础是计算机科学与技术专业的重要课程之一，它为学生打下了扎实的计算机科学基础。
本文将从人类的视角出发，以自然流畅的语言描述计算机系统基础的相关内容。
计算机系统基础课程主要介绍计算机系统的组成和运行原理，包括硬件、操作系统、网络和软件等方面。
首先，我们来看看计算机的硬件部分。
计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备等。
中央处理器是计算机的大脑，负责执行指令和进行计算。
内存是计算机的临时存储空间，用于存储数据和程序。
硬盘则是计算机的永久存储空间，用于存储操作系统和应用程序。
输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于与计算机进行交互。
在计算机系统中，操作系统扮演着重要的角色。
操作系统是计算机系统的核心软件，它管理计算机的资源和控制程序的执行。
操作系统提供了用户界面，使用户可以方便地使用计算机。
同时，操作系统还负责分配计算机的资源，如内存、处理器和硬盘等，以提高计算机的性能。
常见的操作系统有Windows、Linux和Mac OS等。
除了硬件和操作系统，网络也是计算机系统中的重要组成部分。
网络使得计算机之间可以进行数据传输和通信。
计算机可以通过局域网或互联网与其他计算机进行数据交换，实现信息共享和远程访问。
网络协议是实现计算机之间通信的规则和约定，常见的网络协议有TCP/IP协议。
在计算机系统基础课程中，学生还会学习到软件开发的基本知识。
软件是运行在计算机上的程序，它可以实现各种功能。
软件开发包括需求分析、设计、编码和测试等过程，其中编码是将设计好的算法和逻辑转化为具体的程序代码。
编程语言是实现程序编写的工具，常见的编程语言有C、C++、Java和Python等。
计算机系统基础课程是计算机科学与技术专业的重要基础课程，它为学生提供了深入了解计算机系统组成和运行原理的机会。
通过学习这门课程，学生可以了解计算机硬件、操作系统、网络和软件等方面的知识，为以后的学习和工作打下坚实的基础。
模块七 计算机软件和程序设计基础知识
高级语言源程序要先被翻译成机器语言程序才能执行。翻译的方法有“解释”和
“编译”两种。一个高级语言源程序必须经过这两个步骤才能成为可执行的机器语言
计算机软件和程序设计基础知识
软件的基本概念
编译程序、汇编程序和解释程序是常见的语言处理程序，其工作对象或方式不同。
编译型语言系统在执行速度上都优于解释型语言系统。 汇编程序将汇编语言编写的源程序翻译成机器语言程序。 编译程序的翻译方式是将高级语言源程序翻译成目标程序（汇编语言或机器语言 形式），进行汇编及连接后才能在计算机上执行。 解释程序是对某种程序设计语言（如Basic语言）编写的源程序的每条语句逐句 进行解释并执行，最后得出结果。边翻译，边执行，不产生目标程序。
计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。
计算机软件和程序设计基础知识
软件的基本概念
（1）机器语言：机器语言是计算机唯一能够识别并直接执行的语言。机器语言
的运行速度快，但 可读性、通用性和移植性差。 （2）汇编语言：（assembly language）是一种用于电子计算机、微处理器、 微控制器或其他可编程器件的低级语言，亦称为符号语言。普遍地说，特定的汇编语 言和特定的机器语言指令集是一一对应的,不同平台之间不可直接移植。 （3）高级语言：计算机语言具有高级语言和低级语言之分。而高级语言又主要 是相对于汇编语言而言的，它是较接近自然语言和数学公式的编程，基本脱离了机器 的硬件系统，用人们更易理解的方式编写程序。编写的程序称之为源程序。
分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步 骤一眇一眇实现，使用时一个一个依次调用即可。C 语言是典型的面向过程程序设计语言 把构成问题事务分解成各个对象，建立对象的目的不 是为了完成一个步骤，而是为了描述某个事物在整个 解决问题的步骤中的行为。
计算机基础与程序设计
计算机基础与程序设计计算机基础与程序设计是现代信息技术教育中的核心课程之一，它不仅涵盖了计算机的基本原理，还涉及到程序设计的基础知识和技能。
本课程旨在培养学生对计算机科学的基本理解，以及使用编程语言解决实际问题的能力。
计算机基础计算机基础部分主要介绍了计算机的发展历程、组成原理以及操作系统的基本概念。
1. 计算机的发展历程：从最初的机械计算机到现代的电子计算机，再到个人计算机和网络计算机的发展，让学生了解计算机技术的演变过程。
2. 计算机硬件组成：包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，让学生了解计算机是如何工作的。
3. 操作系统：介绍了操作系统的功能和分类，如Windows、Linux和macOS等，以及它们的基本操作和管理。
程序设计基础程序设计基础部分是教授学生如何使用编程语言编写程序，解决实际问题。
1. 编程语言概述：介绍了不同的编程语言，如C、Java、Python等，以及它们的特点和应用领域。
2. 算法与数据结构：算法是解决问题的步骤，数据结构是存储和组织数据的方式。
这部分内容教授学生如何设计有效的算法和选择合适的数据结构。
3. 编程范式：包括命令式编程、面向对象编程、函数式编程等，让学生了解不同的编程思想和方法。
编程实践编程实践是将理论知识应用到实际编程中的过程。
1. 开发环境搭建：介绍了如何搭建编程环境，例如安装编译器、集成开发环境（IDE）等。
2. 编写第一个程序：以“Hello, World!”为例，引导学生编写并运行他们的第一个程序。
3. 程序调试：教授学生如何使用调试工具查找和修复程序中的错误。
软件开发生命周期软件开发生命周期是软件开发的整个过程，从需求分析到设计、编码、测试、部署和维护。
1. 需求分析：了解用户需求，明确软件需要实现的功能。
2. 系统设计：设计软件的架构和组件，包括数据流和模块划分。
3. 编码实现：根据设计文档编写代码，实现软件功能。
4. 测试：通过单元测试、集成测试等方法验证软件的正确性和性能。
计算机系统基础精品课程
计算机系统基础精品课程计算机系统基础是计算机专业的一门重要课程，它为学生提供了深入理解计算机系统的基本知识和技能。
本文将围绕计算机系统基础的概念、内容、重要性以及学习方法展开阐述。
一、计算机系统基础的概念与内容计算机系统基础是计算机科学与技术专业的一门核心课程，它主要涵盖计算机硬件、操作系统、计算机网络和数据库等方面的基本知识和技能。
通过学习计算机系统基础，学生可以了解计算机系统的组成和工作原理，掌握计算机硬件和软件之间的交互关系，为后续的专业学习打下坚实的基础。
计算机系统基础的内容主要包括以下几个方面：1. 计算机硬件：学习计算机的组成结构，包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等，并了解它们的功能和工作原理。
2. 操作系统：学习操作系统的基本概念、功能和分类，包括进程管理、内存管理、文件系统等，了解操作系统对硬件资源的管理和调度。
3. 计算机网络：学习计算机网络的基本原理、协议和体系结构，包括局域网、广域网和互联网等，了解网络的组成和通信方式。
4. 数据库：学习数据库的基本概念、数据模型和查询语言，包括关系型数据库和非关系型数据库等，了解数据库的设计和管理。
二、计算机系统基础的重要性计算机系统基础是计算机专业的基础课程，它为学生打下计算机科学与技术的基本知识和技能。
具体表现在以下几个方面：1. 提供综合性的计算机知识：计算机系统基础涵盖了计算机硬件、操作系统、计算机网络和数据库等方面的知识，使学生能够全面理解计算机系统的组成和工作原理，为后续的专业学习奠定坚实的基础。
2. 培养计算机系统分析和设计的能力：通过学习计算机系统基础，学生可以了解计算机硬件和软件之间的交互关系，掌握计算机系统分析和设计的基本方法和技巧，培养学生的系统思维和问题解决能力。
3. 提高计算机系统管理和维护的能力：计算机系统基础课程还涉及到计算机系统的管理和维护，学生可以学习到计算机系统的安装、配置和故障排除等技能，提高计算机系统管理和维护的能力。
C语言第1章计算机的组成与程序设计基础详解
软件（Software） ：概念及分类
软 件 系统软件：用来管理、维护计算机并协调计算 机各部件有效工作的软件。 （核心软件是操作系统） 应用软件：实现具体应用的软件。
软件：相关概念
指令：计算机能够识别并执行的“操作命令” 指令＝操作码＋操作数 15→A 例： 10110000 00001111 指令系统：计算机能够识别的所有指令的集合。
语言分类 机器语言 汇编语言 高级语言 低级语言
机器语言
是二进制形式表示的程序设计语言，是各种不 同功能的机器指令的集合。
例：10000000 加 10010000 减
机器语言编写的程序可以被计算机硬件识别、 可直接执行。（如：TC.EXE） 特点：与机器相关，程序执行效率高，编写难 度大，不便阅读，调试修改困难，无法移植到 其他计算机。
※不同类型的计算机所识别的指令和指令系统是不 一样的。面向机器，通用性差。
程序：为解决某一问题而设计的一系列指令或语句。 机器语言：计算机能唯一识别并可直接执行的语 言，由二进制数（0或1）排列组合而成。
计算机语言
计算机语言是人与计算机交流的工具 人使用程序设计语言来编制程序（程序设计 ）来描述信息处理算法，通过语言处理系统 来生成可执行程序文件。计算机通过程序执 行来实现规定的信息处理
汇编语言
符号化的机器语言，也称符号语言
用助记符来表示机器指令，便于使用和记忆。
例： MOV AL，8 ADD AL，9 特点：
语句与机器指令几乎一一对应 程序可读性优于机器语言程序、其他优缺点仍存在
数据传输 加法计算
汇编语言指令是机器不能直接识别和执行。要经过
翻译程序。
高级语言
算法语言：用户主要考虑解题算法的逻辑和过 程的描述。
冯 诺依曼体系结构的基本内容
冯诺依曼体系结构的基本内容冯·诺依曼体系结构，是计算机科学和计算机工程领域最为重要的概念之一。
它是由冯·诺依曼（Von Neumann）在20世纪40年代提出的一种计算机结构模型，于此后逐渐被广泛采用，并成为现代计算机系统设计的基础。
冯·诺依曼体系结构的基本内容包括计算机的五个主要组件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
这些组件通过数据总线和控制总线进行相互连接和通信。
首先是运算器，它是计算机的核心部件之一，负责执行各种算术和逻辑运算。
运算器包含算术逻辑单元（ALU）和寄存器。
ALU用于执行各种算术操作，如加法、减法和乘法等，同时也支持逻辑运算，如与、或和非等。
寄存器则用于存储运算过程中的数据和中间结果。
其次是控制器，它负责控制计算机的整个运行过程。
控制器从存储器中获取指令，解析并执行这些指令，按照指令的要求对运算器和其他相关组件进行操作。
控制器还负责处理异常情况和错误处理，确保计算机的正确运行。
存储器是用于存储数据和程序的设备。
存储器分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器是计算机的内部存储器，用于存储正在运行的程序和数据。
辅助存储器则是计算机的外部存储器，用于长期保存程序和数据，如硬盘、光盘和闪存等。
输入设备用于将外部信息输入到计算机中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等。
通过输入设备，用户可以向计算机提供指令和数据，实现与计算机的交互。
输出设备用于将计算机处理的结果输出给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、投影仪和音频设备等。
通过输出设备，计算机可以向用户展示所得到的计算结果和其他信息。
冯·诺依曼体系结构的优势在于其模块化、可扩展和通用性。
模块化的设计使得各个组件之间可以独立开发、测试和优化，便于系统的维护和升级。
可扩展性使得计算机的功能可以随着需求的变化而进行扩展，提高了系统的灵活性和适应性。
通用性使得冯·诺依曼体系结构可以适用于各种应用领域，无论是科学计算、商业处理还是嵌入式系统等。
计算机基础考试系统的设计
育技术 的一个具体体现 ，具有很重要 的现实意义பைடு நூலகம்
网络考 试 可 以实现 教 考分 离 以及 考务 工作 的全 自动
足 ，提 出利 用 Ｏｒｃ 技 术 设 计 和 管 理 试 题 库 系 统 ，逐 步 实 ａｌ ｅ
现无纸化 考试 。 关键词 ： ／ ； Ｂ Ｓ 考试 管理 系 ；ｔ Ｊ ｓ
大 量 的时 间 、人 力 、物力 与 财力 ，而 且还 可 以大 幅 度 提高考 试成绩 的客观性 和公 正性 。
Ｗｅ ｂ数据库技术 的利用 ，大大 简化传统考试 的过
程。
考试系统用 Ｊ 进行开发 ，数据库采用 Ｏ ａｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｃ。 由于系统采用 ３ 层结构 ，即数据库服务器 、Ｗｅ 服 ｂ 务器 、客户浏览器 ，为了实现可用子 网内的任何一 台服务 器作 为数据库 服务器 的需求 ，本系统采用
大量软盘 ，工作量极大 ，同时软盘的使用是需要学 生负担费用 的，而其使用寿命短 ，一旦损坏 ，必然 造成成 绩 的丢 失 ：局域 网 收发试 题在 经济 上 减少 了 费用 ，但是通过 网上邻居逐个访问每台电脑的时间
长 ，速 度慢 。 ２ ｓ 技术 的渗透 Ｊ ｔ
求 ，生成试卷规则 ，例如 ：对于 ｖ ｕｌｏｐｏ 门 ｉ ａｆ ｒ 这 ｓ ｘ 基 础课 程 ．可 以按 照 全 国计算 机 二级 等 级考 试 的模
随着信息技术的快速发展 ，考试 的技术手段 和 载体发生 了革命性 的变化 ，与传统考试模式 相 比，
网上考试 具 有无 可 比拟 的优 越性 ，它 几 乎屏 蔽 了所
强度 。网络考试系统是传统考场的延伸 ，它可以利
用 网络无 限广 阔的空 间 ，随 时 随地 进行 考 试 ，加上
计算机体系结构基础解析冯诺依曼结构和哈佛结构
计算机体系结构基础解析冯诺依曼结构和哈佛结构计算机体系结构基础解析：冯诺依曼结构和哈佛结构计算机体系结构是计算机科学中一个重要的概念，指的是计算机硬件和软件之间的组织和交互方式。
在计算机体系结构的发展过程中，冯诺依曼结构和哈佛结构是两种最为经典的架构设计，本文将对这两种结构进行详细解析和比较。
一、冯诺依曼结构冯诺依曼结构，也称为存储程序型结构，是由冯·诺依曼在20世纪40年代提出的一种计算机结构设计。
冯诺依曼结构由五大基本组成部分组成：1. 存储器（Memory）：用于存储指令和数据，通过地址寻址来访问。
2. 控制单元（Control Unit）：负责指令的解码和执行，控制计算机的操作流程。
3. 算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）：执行各种算术和逻辑运算。
4. 输入设备（Input Devices）：用于接收外部输入数据。
5. 输出设备（Output Devices）：用于向外部输出数据。
冯诺依曼结构的特点是指令和数据共享同一存储器，通过指令寻址来实现对存储器中数据的读写操作。
这种结构简单明了，易于实现和扩展，被广泛应用于现代计算机设计中。
二、哈佛结构哈佛结构，由哈佛大学的Howard Aiken和Harvard Mark I计算机项目开发团队于20世纪30年代提出。
哈佛结构与冯诺依曼结构相比，最大的区别在于指令和数据分开存储。
哈佛结构由两个独立的存储器组成：1. 程序存储器（Program Memory）：用于存储指令。
2. 数据存储器（Data Memory）：用于存储数据。
哈佛结构的特点是指令和数据分开存储，通过不同的总线进行并行处理。
由于指令和数据可以同时取出，哈佛结构在一些对实时性要求较高的应用中具有优势，例如嵌入式系统和信号处理等领域。
三、冯诺依曼结构与哈佛结构的比较1. 存储方式：冯诺依曼结构采用单一存储器的方式，指令和数据共享一块存储器空间；哈佛结构则采用两个独立的存储器，分别存储指令和数据。
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）
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• 了解软件对计算机系统结构发展的影响
2020年2月5日星期三
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什么是计算机？
• 计算机是一种不需要人的直观干预而能自动完 成各种算术和逻辑运算的工具
• 随着计算机科学技术的发展和应用范围的扩大， 计算机已由单一的数值计算，扩展到信息处理、 知识推理等非计算领域
• 说明：
– 随着技术的发展，概念有所变化 – 计算机是工具
• 是对计算机系统中各机器级之间界面的划 分和定义，以及对各级界面上、下的功能
进行分配
– 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M. Amdahl、G.A. Blauw、F.P. Brooks等人提出。 也称体系结构。
– 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是 概念上的结构和功能上的行为
第1章 计算机系统设计基础
• 1.1 计算机系统的基本概念 • 1.2 计算机系统的设计技术 • 1.3 计算机系统的性能评价 • 1.4 计算机系统结构的发展
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本章学习要求
• 了解计算机系统的多级层次结构
• 掌握系统结构、组成和实现的定义及属 性，会透明性分析
• 掌握计算机系统的设计原理、性能计算 • 掌握计算机系统的分类，特别是Flynn分
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计算机系统结构的基本属性
• 一般应包括以下几个方面
– 指令系统、数据表示、操作数的寻址方式 – 寄存器的构成定义、中断机构和例外条件 – 存储体系和管理、I/O结构 – 机器工作状态定义和切换、信息保护
在所有系统结构的特性中，指令系统的外特 性是最关键的
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– 它不同于数据流程和控制的组织，不同于逻 辑设计以及物理实现方法
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定义的理解
• 从两个角度理解
一是计算机系统结构既然是“从程序员的角度所看到 的系统的属性”，那么每一级“机器”都有一个系统结 构，而且它们相互不同
二是将计算机的系统结构定义在传统机器界面（M1） 程序员所看到的计算机的基本属性
或者：一条N+1级指令--〉一串N级指令
例：解释一件事
翻译和解释是语言实现的两种基本技术。
•解释比翻译费时，但节省存储空间
•翻译为整体行为，可以优化，效率高， 与平台有关
•解释为局部行为，不优化，效率低， 与平台无关
翻译+解释：Java
控制流程的三种实现方法
• 全硬件、软硬件结合、全软件
– 逻辑上等价，物理意义上不等价 – 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占
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计算机组成 Computer Organization
• 研究硬件系统各组成部分的内部构造和相 互联系，以实现机器指令级的各种功能和
特性，目标是用最合理地方式将各种设备
和部件连接为计算机，以达到最优的性价 比，从而实现所确定的系统结构。
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1.1.1计算机系统的多级层次结构
从使用语言的角度上，将计算机系统 看成按功能划分的多级层次结构
机器、汇编、高级、应用语言
低级
高级
后者比前者功能更强、使用更方便；
而前者是后者发展的基础，在单条指令的 执行速度相比较，前者更快。
计算机系统的多级层次结构图
应用软件
系统软件 软件
例：英语翻译
计算机系统中的翻译功能常由应用程序 包、编译程序、汇编程序等软件完成。
解 释 （Interpretation ）：在 低 一级 机 器级上用它的一串语句或指令来仿真高 一级机器上的一条语句或指令的功能， 通过对高一级机器语言程序中的每条语 句或指令逐条解释来实现的技术
解释过程中不生成中间程序（节省了存 储空间）
由硬件固件实现——高级语言机器 多处理机系统——由真正微处理机实现 4. 理解计算机体系结构的定义
5. 在一台真正的宿主机上通过模拟或仿真另一台不 同的假想机器——自虚拟技术
1.1.2 系统结构、组成与实现
• 定义与理解 • 三者的相互关系
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计算机系统结构的定义 System Architecture
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从设计人员看到的层次
• 应用程序级 • 高级语言级 • 汇编语言级 • 操作系统级 • 机器语言级 • 微程序控制级 • 硬联逻辑级
用户 高级语言程序员 汇编语言程序员 操作员 机器语言程序员
逻辑程序员 硬件设计员
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翻译(Translation)：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 级机器级上可运行的等效程序（中间程 序），然后再在低一级机器级上去实现 的技术。
软硬件交界面 硬件 固件
应用语言级 L5虚拟机
翻译（应用程序包） 高级语言机器 L4虚拟机
翻译（编译程序） 汇编语言机器 L3虚拟机
翻译（汇编程序） 操作系统机器 L2虚拟机
部分解释（操作系统）
传统机器级 物理机器
微程序/硬联
解释
直接由硬件执行
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多级层ห้องสมุดไป่ตู้结构（机器—语言）
• M5: 应用语言机器------应用语言（L5） • M4: 高级语言机器------高级语言（L4） • M3: 汇编语言机器------汇编语言（L3） • M2: 操作系统机器------作业控制语言（L2） • M1: 传统机器------------机器语言（L1） • M0: 微程序机器---------微程序语言（L0）
用内存少
– 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、 占用内存多
• 发展趋势
– 硬件实现的比例越来越高 – 硬件所占的成本越来越低
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计算机系统的软硬件成本变化
成本
软件
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70年代
硬件 年代
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从概念和功能上将计算机系统看成多级层次结构 的优点：
1. 理解软件、硬件、固件的地位和作用 2. 理解各种语言的实质和实现途径 3. 探索虚拟机新的实现方法和新的系统设计
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计算机的功能
• 科学计算 • 数据处理（信息处理） • 过程控制 • 人工智能 • ……
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1.1 计算机系统的基本概念
• 机器：能存储和执行相应语言程序的算 法和数据结构的执行体
• 计算机语言：是用以描述控制流程的、 有一定规则的字符集合
– 语言不是专属软件范畴，可以介属于计算机 系统的各个层次，具有不同作用