计算机组成与系统结构
计算机系统的组成和基本结构资料
输出设备
微型计算机硬件系统的基本结构
中央处理器
概述 CPU的功能结构 CPU的主要技术参数
中央处理器
简称CPU（Central Processing Unit），是计算 机系统的核心，包括运算器和控制器两部分。 中央处理器是计算机的心脏。
运算器完成各种算术运算和逻辑运算。由进 行运算的运算器件和用来暂时寄存数据的寄 存器、累加器等组成。
固化在里面。 主要用于检查计算机系统的配置情况并提供
最基本的输入/输出控制程序。 特点是计算机断电后存储器中的数据仍然存在。 其他形式的只读存储器：可编程只读存储器PROM、可
擦除的可编程的只读存储器EPROM、闪存(Flash)本意是指互补金属氧化物半导体）， 主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存 当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设 定。 CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电， 信息也不会丢失。 CMOS RAM本身只是一块内存，只有数据保 存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过 专门的程序。
计算机系统的组成 和基本结构
计算机系统的组成和基本结构
1. 计算机系统的构成 2. 计算机硬件系统 3. 计算机软件系统 4. 计算机工作原理 5. 选配一台计算机
计算机系统构成结构
计算机系统
软件系统（程序、文档） 硬件系统（设备）
何为硬件系统？ 何为软件系统？
硬件系统是指由电子器件和机电装置组 成的计算机实体； 软件系统是指为计算机运行工作服务的 全部技术资料和各种程序。
分类：按其工作特点分为只读存储器ROM （Read-Only Memory）和随机存取存储器 RAM (Random Access Memory) 。
随机存取存储器（ RAM）
组成原理与计算机体系结构
组成原理与计算机体系结构计算机是一个非常复杂的系统，它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
那么，计算机是如何诞生的呢？它的组成原理又是什么呢？本文将为大家介绍计算机的组成原理和体系结构，希望能够帮助大家更好地理解计算机。
一、计算机的组成原理计算机是由许多不同的部件组成的，这些部件需要相互配合才能正常工作。
计算机的主要组成部分包括：中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、硬盘、输入设备和输出设备等。
下面将分别介绍这些部件。
1、中央处理器中央处理器是计算机的“大脑”，它负责处理所有的指令和数据。
中央处理器包括两个重要的部分：控制单元和算术逻辑单元。
控制单元的主要功能是从内存中取出指令并执行它们，而算术逻辑单元则是负责执行各种算数和逻辑运算。
2、随机存储器随机存储器是计算机的内存，它用于暂时存储数据和指令。
随机存储器的容量和速度非常重要，它们直接影响计算机的性能。
3、硬盘硬盘是计算机的主要存储设备，它用于长期存储数据和程序。
硬盘的容量随着技术的发展而不断增加，目前最大的硬盘容量已经达到数十TB。
4、输入设备和输出设备输入设备和输出设备也是计算机的主要组成部分。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、喇叭等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的接口，它描述了计算机的组成和运行方式。
计算机体系结构包含两个层次：指令集体系结构和微体系结构。
下面将分别介绍这两个层次。
1、指令集体系结构指令集体系结构是计算机处理器和编译器之间的接口。
它定义了计算机所支持的指令集以及这些指令的语法和语义。
指令集体系结构包含许多方面，比如地址模式、数据类型、寄存器、中断和异常等。
2、微体系结构微体系结构是计算机处理器内部的设计，它描述了如何实现指令集体系结构。
微体系结构包括处理器中的电路、指令流水线、分支预测、缓存和总线等。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展经历了几个重要的阶段。
计算机组成与系统结构
计算机组成与系统结构计算机组成与系统结构是计算机科学中的重要领域，涉及计算机硬件和软件的设计、实现和优化。
本文将探讨计算机组成与系统结构的基本概念、原理和应用。
一、概述计算机组成与系统结构是指将计算机硬件和软件组织在一起以实现特定功能的过程。
它关注计算机系统中各个部分的功能、结构和相互关系。
计算机组成与系统结构的目标是实现高性能、高可靠性和可扩展性的计算机系统。
二、计算机组成1. 中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它由控制器和运算器组成。
控制器负责解析和执行指令，而运算器负责执行算术和逻辑操作。
2. 存储器存储器用于存储程序和数据。
常见的存储器包括内存（Random Access Memory，简称RAM）和磁盘存储器。
内存是计算机中主要的工作存储器，用于临时存储程序和数据。
磁盘存储器则用于长期存储大量数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标和触摸屏，而输出设备包括显示器和打印机。
输入输出设备通过与计算机的接口进行数据传输。
三、系统结构1. 单处理器系统单处理器系统是指只有一个中央处理器的计算机系统。
它具有简单的结构和较低的成本，但处理能力有限。
在单处理器系统中，任务按照顺序执行，无法并行处理多个任务。
2. 多处理器系统多处理器系统是指具有多个中央处理器的计算机系统。
多处理器系统能够并行处理多个任务，提高计算能力和系统吞吐量。
多处理器系统可以进一步划分为对称多处理系统和非对称多处理系统。
3. 分布式系统分布式系统是指由多个计算机连接而成的系统。
在分布式系统中，计算机之间通过网络进行通信和协同工作。
分布式系统具有高可靠性和可扩展性，能够处理大规模的计算和存储任务。
四、应用领域计算机组成与系统结构的理论和技术在各个领域得到广泛应用。
例如，在超级计算机中，通过结合多个处理器和存储器单元，可以实现高性能的科学计算；在嵌入式系统中，通过优化计算机硬件和软件的结构，可以实现低功耗和高效率的计算。
计算机组成与系统结构(第五版 立体化教材)
2016年科学出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录
目录
02 内容简介 04 教学资源
05 教材特色
07 图书目录
目录
06 作者简介
基本信息
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》是由白中英主编，2011年12月科学出版社出版的普通高 等教育计算机类特色专业系列规划教材。该教材可作为计算机及相关专业的教材，适合作软件类和应用类专业的 教学用书，也可作为成人自学考试、全国计算机等级考试NCRE（四级）用书。
出版工作
2011年12月 ，《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》由科学出版社出版。
内容简介
内容简介
该教材将计算机组成原理和计算机系统结构两门课合二为一，讲授计算机单处理机系统的组成和工作原理， 在该基础上扩展讲授并行计算机的体系结构。内容共10章：包括计算机系统概论；运算方法和运算器；多层次的 存储器；指令系统；中央处理机；总线系统；外围设备；输入输出系统；安腾高性能处理机体系结构；并行体系 结构。附录A中介绍了配套教材与教学设备。附录B中给出了计算机组成原理研究生入学统考大纲。
杨春武、冯一兵、张杰、靳秀国、杨秦、陈楠、于艳丽、刘敬晗、祁之力、王军德、张振华、刘俊荣、李娇 娇、李贞、王坤山、肖炜、崔洪浚、白媛、吴琨等参与了第五版文字教材、CAI课件、习题库、试题库、教学仪 器、实验设计、课程设计等的编写和研制工作。该教材由中国科学院计算技术研究所国家智能计算机研究开发中 心陈鸿安研究员主审。
教材目录
教材目录
（注：目录排版从左到右列 ）
教学资源
教学资源
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》的配套教材是《计算机组成原理试题解析（第五 版）》。
计算机组成与体系结构
第1章计算机组成与体系结构根据考试大纲，本章内容要求考生掌握3个知识点。
（1）构成计算机的各类部件的功能及其相互关系；（2）各种体系结构的特点与应用（SMP、MPP）；（3）计算机体系结构的发展。
1.1 计算机体系结构的发展冯·诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏形，它由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备组成。
现代的计算机系统结构与冯·诺依曼等人当时提出的计算机系统结构相比，已发生了重大变化，虽然就其结构原理来说，占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机，但是，计算机系统结构有了许多改进，主要包括以下几个方面。
（1）计算机系统结构从基于串行算法改变为适应并行算法，从而出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。
（2）高级语言与机器语言的语义距离缩小，从而出现了面向高级语言机器和执行高级语言机器。
（3）硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，从而出现了面向对象操作系统机器和数据库计算机等。
（4）计算机系统结构从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，从而出现了数据流计算机和归约机。
（5）为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机。
（6）为了获得高可靠性而研制容错计算机。
（7）计算机系统功能分散化、专业化，从而出现了各种功能分布计算机，这类计算机包括外围处理机、通信处理机等。
（8）出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。
（9）出现了处理非数值化信息的智能计算机。
例如自然语言、声音、图形和图像处理等。
1.2 构成计算机的各类部件的功能及其相互关系计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。
1966年，Michael.J.Flynn提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类（通常称为Flynn分类法），有关定义如下：⏹指令流：指机器执行的指令序列。
⏹数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据。
计算机系统结构与组成
计算机系统结构与组成计算机是人类创造的一种自动执行计算、存储和处理信息的工具。
而计算机系统结构与组成则是指计算机在硬件和软件两个层面上的组成和结构安排。
本文将就计算机系统结构与组成的相关内容进行详细阐述。
一、计算机硬件组成计算机硬件是指计算机内部的实体部件，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
下面将详细介绍计算机硬件组成的各个部分。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心部件，主要负责执行各种指令和进行数据处理。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，分别负责控制程序流程和执行运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机程序和数据。
主要分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器指的是CPU能够直接访问的内存，而辅助存储器则是指磁盘、固态硬盘等存储设备。
3. 输入输出设备输入输出设备用于实现计算机与外部世界的信息交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备包括显示器、打印机、音响等。
二、计算机软件组成计算机软件是指控制计算机硬件工作的程序和数据，分为系统软件和应用软件两类。
下面将具体介绍计算机软件组成的两个部分。
1. 系统软件系统软件是计算机操作系统及其相关辅助工具的总称。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件资源、提供用户接口、调度任务等。
辅助工具则包括编译器、调试器、驱动程序等。
2. 应用软件应用软件是根据用户需求而开发的各种软件程序，包括文字处理软件、图像处理软件、视频编辑软件等。
它们通过系统软件与计算机硬件进行交互，实现特定的应用功能。
三、计算机系统结构计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织和安排方式。
根据计算机系统结构的不同，可以分为冯·诺依曼结构和哈佛结构两种。
1. 冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构是目前广泛采用的一种计算机系统结构。
它将存储器、控制单元和算术逻辑单元集中在一起，通过总线进行数据传输。
程序和数据都存储在同一块存储器中，按照顺序执行。
现代计算机组成与体系结构
现代计算机组成与体系结构现代计算机是人类社会科技进步的重要标志之一。
在计算机的计算单位不断提高、存储速度不断增强、模拟技术不断发展的今天，计算机组成和体系结构的重要性更是日益凸显。
本文就围绕现代计算机的组成和体系结构两个方面展开讨论。
一、现代计算机的组成计算机的组成可以从物理构造和功能分层两个维度进行描述。
按照物理构造来看，现代计算机主要包括下列几个部分：1.中央处理器(CPU)中央处理器是计算机的核心设备，它通过电路完成指令的解析、执行和处理。
CPU的性能直接决定计算机能够完成的操作类型、速度和效率。
2.存储器存储器是计算机用于存储数据的设备。
存储器可以不同方式进行组织，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器等等。
存储器通过电路和CPU进行数据交换和读写操作。
3.输入输出(I/O)设备输入输出设备是计算机与外部环境交互的媒介。
比如说，显示器、键盘、鼠标等外设就可以通过I/O设备连接到计算机。
这些设备通过通信协议进行数据传输，让人们可以通过界面与计算机进行交互。
4.总线总线是计算机内部各个设备间连接的电路。
总线可以连接CPU、I/O设备和存储器，扮演着通信中介的角色。
总线的工作效率直接影响了计算机性能的优化。
二、现代计算机的体系结构现代计算机的体系结构一般可以分为三个层次。
分别是计算机硬件层、操作系统层和应用程序层。
这些层次按照功能组成了完整的计算机体系结构，使得计算机能够更好地实现各种处理方式。
计算机硬件层是最基础的层次，它包括CPU、存储器、I/O设备和总线等设备。
这一层次的功能是提供物理条件以实现数据操作和传输。
操作系统层次是计算机系统的中枢部分，它负责内存管理、进程管理、文件系统等一系列的任务。
操作系统是计算机系统的核心，它连接了硬件层和应用程序层，保证计算机在运行时的协调性和稳定性。
应用程序层是最上层的一个层次，它在完成计算机处理任务的同时，还要与用户进行良好的交互体验。
计算机组成和体系结构(2024)
中断与异常处理
中断
由外围设备发出的请求，打断CPU的正常执行流程，转去执行中断 服务程序。
异常
由CPU内部产生的，如算术溢出、非法指令等，也打断CPU的正常 执行流程。
中断/异常处理机制
包括中断/异常的响应、识别、处理以及返回等过程。
2024/1/28
17
DMA传输与通道技术
1 2
DMA传输
输和资源共享。
5
计算机体系结构简介
指令集体系结构
定义了计算机硬件和软件之间的接 口，包括指令集、寄存器、中断和
异常处理等。
微程序体系结构
通过微程序控制器实现指令的执行 ，提高了计算机的灵活性和可维护
性。
2024/1/28
流水线体系结构
将指令的执行过程划分为多个阶段 ，每个阶段由不同的硬件部件并行 处理，提高了计算机的运算速度。
计算机组成和体系结构
2024/1/28
1
目录
2024/1/28
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器层次结构 • 输入输出系统 • 总线与通信 • 计算机体系结构的发展
2
01
计算机系统概述
2024/1/283Fra bibliotek计算机的定义与发展
01
02
计算机是一种基于微处理器的智能电子计算机器，具有高速运算、存 储和处理数据的能力。
2024/1/28
24
并行处理技术发展概述
并行处理技术
通过同时利用多个处理单元进行计算， 提高计算机系统的整体性能。并行处理 技术包括指令级并行、数据级并行和任 务级并行等多个层次。
VS
并行处理技术的发展
随着集成电路技术的进步和处理器设计的 发展，并行处理技术经历了从指令级并行 到数据级并行，再到任务级并行的演变过 程。目前，多核处理器、众核处理器以及 GPU等并行计算平台已成为主流。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机是现代科技的杰作，它的功能与性能取决于其组成和体系结构。
计算机组成与体系结构是计算机科学中一个重要的领域，它涉及到计算机硬件的构成和相互间的关系。
一、计算机组成计算机组成包括硬件和软件两个方面。
硬件是指计算机的实体部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
软件是指计算机程序的集合，用来指导计算机进行各种操作。
计算机组成的关键是各个部件之间的互联方式，包括总线、控制器和寄存器等。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部分，负责执行计算机指令和处理数据。
它由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责协调和控制整个计算机系统的工作，寄存器用于存储 CPU的指令和数据。
2. 存储器存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备。
根据存储介质的不同，可以分为内存和外存。
内存是计算机中的主要存储设备，用于存储正在执行的程序和数据。
而外存是指磁盘、光盘等较慢但容量较大的存储设备，用于长期存储数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互，将外部的数据和信息输入到计算机中，或将计算机处理的结果输出给外部。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备有显示器、打印机和音响设备等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件的组织结构，用于抽象和描述计算机的功能和性能。
不同的体系结构可以根据其指令集、内存结构和总线结构等特点进行分类。
1. 单指令流单数据流（SISD）SISD 是最简单的计算机体系结构，它包含一个处理器和一个存储器，并且每次只能处理一个数据。
这种体系结构适用于早期的计算机系统，如冯·诺依曼结构的计算机。
2. 单指令流多数据流（SIMD）SIMD 是指单指令对多个数据执行操作的体系结构。
在 SIMD 结构中，多个处理器同时执行相同的指令，但每个处理器处理的是不同的数据。
这种体系结构适用于并行计算和向量运算等领域。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机组成与体系结构是计算机科学与技术领域中的一个重要概念。
它涉及了计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机系统的各个组成部分之间的协调和互联。
本文将介绍计算机组成与体系结构的概念和重要性，并讨论相关的主题包括指令集架构、存储器层次结构和总线系统。
计算机组成指的是将计算机硬件组件如中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出设备等组装起来的过程。
而计算机体系结构则是指计算机系统中硬件和软件之间的结构和组织方式。
计算机组成和体系结构紧密相关，通过合理的组织和设计来实现计算机系统的高效性和可靠性。
指令集架构（ISA）是计算机体系结构的重要组成部分。
它定义了计算机处理器能够执行的指令集合以及这些指令的操作方式。
ISA可以分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
CISC指令集架构包含大量复杂的指令，可以在一条指令中执行多个操作，提供了更高的编程灵活性。
而RISC指令集架构则更加简化并精细化，每条指令只执行一个简单操作，提供了更高的执行效率。
存储器层次结构也是计算机组成和体系结构中重要的一部分。
它描述了计算机系统中不同层次的存储器之间的关系和访问速度。
存储器层次结构的目的是提供更高的数据访问速度和更大的存储容量。
通常，计算机系统包含高速缓存、主存储器和辅助存储器三个层次。
高速缓存是靠近处理器的一级缓存，用于存放最常用的数据和指令。
主存储器则是访问速度相对较慢但存储容量较大的存储器。
辅助存储器（如硬盘、光盘等）则用于长期存储大量的数据和程序。
总线系统是计算机组成和体系结构中用于连接不同硬件组件的桥梁。
总线是一个共享的传输介质，可以传输指令、数据和控制信号。
计算机系统中的总线分为三种类型：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单元的地址，控制总线用于传输控制信号。
总线系统的设计需要考虑带宽、传输速度和设备之间的连接方式等因素。
计算机组成与体系结构对于计算机科学与技术领域的发展至关重要。
计算机组成原理与体系结构
计算机组成原理与体系结构是计算机科学领域中最重要的一个主题，在计算机发展的历史上，它扮演了重要的角色。
计算机组成原理是指计算机系统的各种硬件组成部分的实现原理，而计算机体系结构则是指执行计算机指令所涉及的各种数据、功能和控制方法的总体结构框架。
在本文中，我们将会分别探究的相关知识。
一、计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学的重要分支，它关注的是计算机系统的硬件构成和实现原理。
计算机系统可以看作是由多个硬件组成的，每个硬件都有其对应的作用，各个硬件间通过总线相连，并通过指令系统进行协调，从而实现计算机的各项功能。
计算机硬件主要由以下部分组成：1.中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是计算机最重要的组成部分之一。
它是负责执行计算机指令的中央控制单元。
它由算数逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器组成。
其中，ALU是负责执行算术运算和逻辑运算的部件，CU则用于解释指令和控制计算机中其他组件的操作，寄存器则用于存储数据和地址。
CPU的速度直接影响到计算机的性能。
2.随机存储器(RAM)随机存储器(RAM)是计算机的一种内部存储器，它可以快速存取数据，并提供给CPU进行计算。
RAM的速度比磁盘等外部存储器快得多，但其容量较小。
在计算机中，RAM被操作系统用于存储运行中的程序和数据。
3.输入/输出(I/O)设备输入/输出(I/O)设备用于数据的输入和输出，例如鼠标、键盘、显示器、打印机、网络接口卡等。
I/O设备一般连接在计算机系统的外围，通过总线与CPU进行通信。
4.存储器层次结构存储器层次结构指不同容量和速度的存储器组成的存储系统。
存储器数据的读取速度从cpu到高速缓存(l1、l2)到主存，最后到硬盘。
其中的理念是：越靠近CPU的存储容量越小，但速度越快，越靠外层的存储容量越大，但速度越慢。
5.总线总线是计算机系统各个部件之间传递信息的通道。
计算机中常用的总线有地址总线、数据总线和控制总线。
二、计算机体系结构计算机体系结构是一种规范，它决定了计算机的指令集、数据类型、寄存器的种类和数量、内存的寻址方式、I/O的方式、中断的处理方式等。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机是现代社会中不可或缺的工具，而计算机的运行离不开计算机组成和体系结构的支撑。
计算机组成和体系结构是计算机科学和工程领域中重要的概念，它们相互关联，共同决定了计算机的功能和性能。
一、计算机组成计算机组成是指计算机内部不同硬件组件之间的互联关系和工作原理。
它包括计算机的五大组成部分：输入设备、输出设备、中央处理器（CPU）、存储器和控制器。
1. 输入设备：输入设备是将外部数据或指令输入到计算机中的设备，例如键盘、鼠标、扫描仪等。
输入设备通过将输入信号转换成计算机可以理解的形式，传递给CPU进行处理。
2. 输出设备：输出设备是将计算机处理后的数据或结果显示或输出到外部的设备，例如显示器、打印机、投影仪等。
输出设备将计算机的处理结果以人们可以理解的形式呈现出来。
3. 中央处理器：中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和处理数据。
它由算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器组成。
ALU负责执行算术和逻辑运算，CU负责控制整个计算机系统的运行，寄存器用于存储暂时的数据和指令。
4. 存储器：存储器是计算机用于存储数据和指令的设备。
它分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），用于存储正在被处理的数据和指令。
辅助存储器包括硬盘、光盘等，用于永久性地保存数据和指令。
5. 控制器：控制器负责控制计算机中不同硬件组件的工作，协调计算机的运行。
它根据指令的要求，向其他硬件发出控制信号，使计算机正确地执行指令。
二、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，以及计算机内部不同硬件组件之间的互联和工作方式。
它包括计算机的层次结构、指令集架构和数据流结构。
1. 计算机层次结构：计算机层次结构是指计算机硬件组件按照从底层到顶层的层次排列的方式。
常用的计算机层次结构包括冯·诺依曼结构和哈佛结构。
冯·诺依曼结构中，存储器共享程序和数据，指令和数据都存储在同一块存储器中。
计算机组成与体系结构简介
计算机组成与体系结构简介引言：计算机组成与体系结构是计算机科学中非常重要的概念，它们涉及到了计算机硬件和软件的组成、工作原理、层次结构等方面。
本文将对计算机组成与体系结构进行简要介绍，并分为以下几个部分进行阐述。
一、计算机组成的基本概念：1.计算机硬件组成：包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
2.计算机硬件工作原理：CPU是计算机的大脑，负责执行各种指令和处理数据；内存用来存储正在使用的指令和数据；输入输出设备用于与计算机进行交互。
3.计算机中的数据表示：二进制是计算机中最基本的数据表示形式，用0和1表示逻辑上的开关状态。
二、计算机的层次结构：1.计算机的层次结构概述：为了将计算机系统的复杂性进行层次化管理，人们提出了计算机的层次结构概念。
常见的计算机层次结构包括：硬件层、微程序层、指令层、操作系统层、应用层等。
2.计算机的层次结构之间的关系：各个层次之间通过接口进行通信和交互，上层的功能依赖于下层的支持。
三、计算机体系结构的分类：1.冯·诺伊曼体系结构：由冯·诺伊曼在上世纪40年代提出，是目前计算机体系结构的主流。
其特点包括：存储程序、存储数据、按顺序执行程序、以及采用二进制表示方法等。
2.哈佛体系结构：与冯·诺伊曼体系结构相比，哈佛体系结构在存储程序和存储数据方面进行了分离，具有更高的执行效率和并行性。
3.其他体系结构：还有一些其他的计算机体系结构，如向量处理器、多核处理器等，它们在特定的应用领域中具有重要的作用。
四、计算机组成与体系结构的发展趋势：1.性能提升：随着科技的进步，计算机的性能不断提升，从CPU的时钟频率增加到多核处理器的出现，以及量子计算的研究等。
2.能源效率：计算机的能源消耗一直是个严重的问题，因此研究者们不断寻找新的方法来提高计算机的能源效率，如低功耗技术、绿色计算等。
3.可靠性和安全性：计算机的可靠性和安全性对于用户来说至关重要，因此在计算机组成与体系结构中，研究者们一直在致力于提高计算机的可靠性和安全性。
计算机组成与体系结构 pdf
计算机组成与体系结构 pdf《计算机组成与体系结构》是一本经典的教材，主要介绍了计算机的基本组件、设计原理和工作原理等内容。
它是计算机科学与技术专业的重要课程之一，对于理解计算机底层原理和提高编程能力具有重要意义。
首先，我们来了解一下计算机组成与体系结构的概念。
计算机组成是指计算机硬件由哪些基本部件组成，如中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
而计算机体系结构则是指计算机如何实现指令的执行和数据的处理，包括指令系统、数据通路和控制器等。
在计算机组成与体系结构中，最核心的部分是中央处理器（CPU）。
CPU主要由运算器和控制器组成，运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制器则负责控制指令的执行顺序和数据在各个部件之间的传输。
计算机的存储器也是非常重要的组件，它分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器用于存储正在执行的程序和数据，而辅助存储器则用于长期存储大量的程序和数据。
除了中央处理器和存储器，计算机还有输入输出设备。
输入设备用于将外部信息输入到计算机中，如键盘、鼠标等；输出设备则将计算机处理的结果输出给用户，如显示器、打印机等。
在计算机组成与体系结构中，还有一些其他重要的概念和技术，如指令的编码和解码、总线的组成和工作原理、中断和异常处理、多级存储器体系结构等。
这些概念和技术对于理解计算机的工作原理和设计原理都非常重要。
通过学习计算机组成与体系结构，我们可以了解到计算机是如何处理数据和执行指令的，从而更好地理解计算机的工作原理。
同时，对于编程人员来说，了解计算机底层原理可以帮助我们写出更高效、更可靠的程序。
总的来说，计算机组成与体系结构是计算机科学与技术领域的重要基础知识，它涵盖了计算机硬件的组成原理和工作原理等内容。
通过学习这门课程，我们可以深入了解计算机的底层原理，提高编程能力，并为进一步研究计算机科学打下坚实基础。
希望这篇文章能够对大家了解计算机组成与体系结构有所帮助，带领大家探索计算机科学的奥秘！。
计算机系统结构及其组成部分
计算机系统结构及其组成部分计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织和协调方式，包括计算机的层次结构和组成部分。
计算机系统的层次结构通常被分为五个部分：硬件、操作系统、系统软件、应用软件和用户。
一、硬件部分计算机系统的硬件部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备。
CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
内存用于存储数据和程序，是CPU快速访问的存储介质。
输入输出设备主要用于与计算机进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
存储设备用于持久性地存储数据和程序，如硬盘、光盘等。
二、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资源。
它提供了一个抽象的界面，使得应用程序可以方便地使用硬件资源。
操作系统还负责进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等功能，以确保计算机系统的高效和稳定运行。
三、系统软件系统软件是对操作系统的补充，提供了丰富的功能和服务，以便于开发和运行应用软件。
系统软件包括编译器、解释器、库文件等。
编译器将高级语言程序翻译成机器语言，解释器则逐行解释执行程序。
库文件提供了常用的函数和程序模块，方便程序员开发应用软件。
四、应用软件应用软件是计算机系统的最终目标，用于满足用户的需求。
应用软件包括办公软件、娱乐软件、设计软件等。
办公软件用于处理文档、表格、幻灯片等办公任务；娱乐软件包括游戏、音乐、视频等娱乐内容；设计软件用于图形设计、建模、仿真等专业领域。
五、用户用户是计算机系统的最终使用者，通过操作系统和应用软件与计算机进行交互。
用户可以使用命令行接口、图形用户界面或者自然语言交互方式与计算机系统进行沟通。
用户的需求和反馈不断推动计算机系统的发展和改进。
综上所述，计算机系统结构由硬件、操作系统、系统软件、应用软件和用户组成。
这些部分相互配合，形成一个完整的计算机系统，满足用户的需求。
计算机系统结构的不断发展和演化，推动了计算机技术的进步和应用的广泛普及。
计算机体系结构与组成
计算机体系结构与组成计算机体系结构与组成是计算机科学中重要的概念之一。
计算机体系结构指的是计算机系统的各个组成部分以及它们之间的联系和工作方式。
而计算机的组成则是指计算机系统所使用的硬件设备，包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。
一、计算机体系结构计算机体系结构是计算机系统的总体结构和功能组成的抽象模型。
它定义了计算机硬件和软件的接口，以及它们之间的交互方式。
计算机体系结构的设计是基于特定的应用需求和性能目标。
计算机体系结构可分为单处理器体系结构和多处理器体系结构两种。
单处理器体系结构包括单指令流单数据流(SISD)、单指令流多数据流(SIMD)、单指令流多线程(SMT)等。
多处理器体系结构则包括对称多处理(SMP)、非对称多处理(AMP)、片上多处理(CMP)等。
二、计算机组成计算机的组成是指计算机系统中各个部件的组合和安排。
它包括了中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等硬件组件以及操作系统和应用软件等软件组件。
1. 中央处理器(CPU)中央处理器是计算机系统的核心部件，用于执行计算机指令、控制计算机的运行和处理数据。
CPU由运算器、控制器和寄存器等部件组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责解码指令和控制数据传输，寄存器则用于存储数据和指令。
2. 内存内存是计算机系统中的临时存储设备，用于存储正在执行的程序和数据。
内存分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，它们存储的数据可读写或只读不可写。
辅助存储器包括磁盘、光盘和闪存等，用于存储大容量的数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于向计算机系统输入数据和从计算机系统输出数据。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、音频设备等。
输入输出设备通过接口与计算机系统连接，实现数据的传输和交互。
4. 操作系统和应用软件操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户界面和文件管理等功能。
计算机组成与系统结构
• 比较典型而常用的寻址方式
1．隐含寻址 2．立即寻址 3．直接寻址 4．间接寻址 5．寄存器寻址和寄存器间接寻址 6．相对寻址 7．基址寻址 8．变址寻址 9．块寻址 10．段寻址
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1．隐含寻址
• 不是明显地给出操作数的地址，而是在指 令中隐含着操作数的地址 • 累加寄存器AC对单地址指令格式来说是隐 含地址
• CAI演示
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5．寄存器寻址和寄存器间接寻址
• 寄存器寻址
– 当操作数不放在内存中，而是放在CPU的通 用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式 – 此时指令中给出的操作数地址是通用寄存器的 编号 – 指令结构中的RR型指令，就是采用寄存器寻 址方式的例子
• 寄存器间接寻址
– 指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操 作数的地址，该地址指明的操作数在内存中
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9．块寻址
• 在指令中指出数据块的起始地址（首地址） 和数据块的长度（字数或字节数） • 经常用于数据块传送（复制和移动）
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10．段寻址
• 由一个基地址（CPU中的段寄存器）再加 上某些寄存器提供的偏移量来形成实际的 物理地址
– 寄存器-存储器（RS）型指令
• 既要访问内存单元，又要访问寄存器
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4.2.3 指令字长度
• 指令字长度
– 一个指令字中包含二进制代码的位数
• 机器字长
– 计算机能直接处理的二进制数据的位数 – 机器字长通常与主存单元的位数一致
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• 单/半/双字长指令
– 单字长指令
• 指令字长度等于机器字长度的指令
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2．跳跃寻址方式
• 当程序转移执行的顺序时，指令的寻址就采取跳 跃寻址方式
– 所谓跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器 给出，而是由本条指令给出
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计算机组成与系统结构1.冯·诺依曼计算机设计思想：依据存储程序，执行程序并实现控制。
2.早期计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
3.软件系统爆过两大部分：系统软件和应用软件。
4.计算机的层次结构分为：微程序或逻辑硬件、机器语言、操作系统、汇编语言、高级语言、应用语言。
5.计算机系统结构、组成与实现之间的区别与联系：①计算机结构：也称为计算机体系结构，是一个系统在其所处环境中最高层次的概念；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。
②计算机组成：也常译为计算机组织或成为计算机原理、计算机组成原理。
在计算机系统结构确定了分配给硬件子系统的功能及其概念之后，计算机组成的任务是研究硬件子系统各部分的内部结构和相互联系，以实现机器指令级的各级功能和特性。
③计算机实现：指的是计算机组成的物理实现，主要研究个部件的物理结构，机器的制造技术和工艺等，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度、速度和信号。
器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术。
6.Flynn分类法：按照计算机在执行程序时信息流的特征分为单指令单数据流计算机(SISD)、单指令多数据流计算机(SIMD)、多指令单数据流计算机(MISD)、多指令多数据流计算机(MIMD).7.加速比Sp=1/{(1-Fe)+Fe/Re},Fe为可改进比例，Re为部件加速比。
8.在计算机中有两种信息在流动，一种是控制流，即控制命令，由控制器产生并流向各个部件；另一种是数据流，它在计算机中被加工处理。
9.摩尔定律得以延续的理由：集成电路芯片的集成度每18个月翻一番。
10.冯·诺依曼计算机的执行过程：将要处理的问题用指令编程成程序，并将程序存放在存储器中，在控制器的控制下，从存储器中逐条取出指令并执行，通过执行程序最终解决计算机所要处理的问题。
11.数据编码的好处：用更少的数据表示更多的信息。
12.定点数：若约定小数点的位置固定不变，则成为定点数。
定点数分为两种：定点整数(纯整数，小数点在最低有效数值位之后)和定点小数(纯小数，小数点最高有效数值位之前)。
13.浮点数：基数为2的数F的浮点表示为：F=M*2^E.其中M称为尾数，E称为阶码。
尾数为带符号的纯小数，阶码为带符号的纯整数。
14.补码：非负数整数的补码为其原码，负数整数的补码在原码基础上取反加1.15.n位补码表示的整数数值范围为-2^(n-1)~+(2^(n-1)-1)，n位补码表示的小数数职的范围为-1~+(1-2^(-n+1))。
16.补码的特点：①0的表示是唯一的。
②变形码。
③求补运算。
④简化加减法。
⑤算术或逻辑左移。
⑥算术右移。
17.反码：正整数反码与原码相同。
负整数反码即原码取反。
18.汉字编码分为三类：汉字输入编码、国际码和汉字内码以及汉字字模码。
19.汉字内码是汉子在设备或信息处理系统内部最基本的表达方式。
20.循环冗余校验码(CRC)可以发现并纠正信息在存储或传送过程中出现的错误。
21.溢出的判定：双符号位判决法，两符号位是否一致，一致未溢出，反之溢出。
22.存储器的功能：存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。
23.存储器的层次结构：①脱机光盘、磁带存储器②联机磁盘存储器③主存储器④Cache⑤COU内部通用寄存器24.存储器的分类：①存储信息的介质②在计算机中的用途③存放信息的易失(挥发)性：RAM(易失)、磁盘存储器、半导体ROM(非易失)。
④存取方式：随机读写存储器RAM，顺序读写存储器。
⑤存储器的读写功能25.其他存储器：多端口存储器、多体交叉存储器、相联存储器。
26.高速缓冲存储器的作用：为缓和存储器访问速度远低于CPU程序执行速度之间的矛盾。
27.地址映射和变换的三种方式：全相联，直接映射、组相联。
28.替换算法有：随机替换算法(RAND)、先进先出算法(FIFO)、近期最少使用算法(LRU)、最不经常使用算法(LFU)、最优替换算法(OPT)。
29.虚拟存储器的作用：使计算机具有海量存储器，以便支持多用户、多任务程序的开发。
30.虚拟存储器的管理方式有：页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器。
31.记录面：磁盘中能够记录信息的磁介质表面。
32.磁道：在磁盘旋转时，每一个记录面上都分布着若干由磁头画出的同心的闭合圆环。
3.扇区：为了便于存取信息，磁盘上的每个磁道又分为若干段，每一段称为一个扇区。
34.掉电以后，ROM中的数据不会丢失。
35.指令系统：也称为指令集，指能被一台计算机执行的全部指令的集合。
36.设计、评价指令系统一般从以下几方面考虑：①完备性：常用指令齐全，编程方便。
②高效性：程序占主存空间少，运行速度快。
③规整性：指令和数据使用规则统一简单，易学易记。
④兼容性：同一系列的抵挡计算机程序能在高档计算机上直接运行，即向后兼容。
37.主存的随机读写特性：对于主存的大部分空间，允许在任何时间对其中的任何存储单元进行读写操作，且读写时间相同。
38.堆栈是一种数据项按迅排列的数据结构，只能在栈顶对数据项进行插入和删除操作。
39.堆栈用于过程或子程序调用或返回、中断处理程序的进入和返回。
40.变长操作码：对不同类型的指令操作码用不固定长度的二进制数进行编码即为变长操作码编码方式，也称作扩展操作码编码方式。
41.寻址方式：指令获取操作数的方式。
42.寻址方式的分类：①隐含寻址②立即寻址③寄存器寻址④直接寻址⑤间接寻址⑥寄存器间接寻址⑦相对寻址⑧基址寻址⑨变址寻址⑩堆栈寻址43.CISC：Complicated instruction set computer architecture,复杂指令集计算机结构。
44.RISC:Reduced instruction set computer architecture,精简指令集计算机结构。
45.早期CISC设计有如下特点：①指令系统复杂，即指令多、寻址方式多、指令格式多；②绝大多数指令执行需要多个时钟周期。
③有多种指令可以访问存储器。
④CPU控制器采用问程序控制方式实现。
⑤寄存器数量有限。
46.RISC结构计算机具有如下特点：①之设置使用频率高的简单指令，所以指令的操作种类少，寻址方式少；②指令格式股则，长度固定，便于简单统一的译码，可使控制器简化、硬件结构精简；③今年通过Load和Store指令访问主存；④通用存储器数量多，一般有几十甚至几百个，大多数操作在寄存器之间进行。
⑤在非流水线RISC中，单条指令可在单机器周期内完成；在流水线RISC中，对于大多数指令有CPI=1；⑥采用硬布线控制器，不使用微代码(即微程序)，有利于提高时钟频率和CPU速度，能更好的响应中断；⑦可简化硬件设计，降低成本及便于超大规模集成电路实现。
⑧有利于多流水线、多核CPU实现；⑨适宜高度优化编译器(即编译程序)；⑩精简的指令使程序阅读、分析难度加大；不能同CISC兼容。
47.指令长度的确定方法：指令长度=操作码长度+第1段地址码长度+……+第i 段地址码长度48.指令长度设计的一般原则是：①短的操作码与多地址码字段配合，长的操作码与简单地址码组合。
②指令长度一般设计为总线宽度的两倍。
③指令长度为存储器最小可寻址单位的整数倍。
49.①寄存器直接寻址：操作数在寄存器中的寻址方式。
②寄存器间接寻址：操作数地址在寄存器中的寻址方式。
③立即寻址：操作数在指令中的寻址方式。
④直接寻址：操作数地址在指令中的寻址方式。
⑤变址寻址：操作数的地址为某一寄存器内容与位移量之和的寻址方式。
50.CPU主要是负责获取程序中的每条指令、译码所获取的指令、针对指令指定的数据完成指定顺序的操作，它是通过执行各种指令来完成不同的操作。
51.执行周期：在执行一条指令的过程中，由CPU完成的操作序列构成一个指令周期。
52.微操作：CPU的基本或原子操作。
53.设计控制器的两种通用方法：硬布线设计法，微程序控制设计法(微码控制)。
54.微程序控制器与硬布线控制器的比较：微程序的控制功能是在存放微程序存储器当前正在执行的微指令的寄存器直接控制下实现的，而硬布线控制器的控制功能则由逻辑门组合实现。
5.CPI是指每条指令执行时间的周期数。
56.提高CPU的策略：①采用更先进的硅加工制造技术；②缩短指令执行路径的长度；③简化组织结构来缩短时钟周期；④采用并行处理技术。
57.CPU中的新技术有：多核技术、多线程技术、多核+多线程技术。
58.流水线是增加处理器吞吐量、提高处理器工作速度的一种常用的有效的技术。
59.流水技术：若将一重复的处理过程分解为若干子过程，每个子过程都可在专用设备构成的流水线功能段上实现，并可与其他子过程同时进行的技术。
60.流水线的特点：①流水过程由多个相联系的子过程组成，每个字过程由专用的功能设备实现。
②流水线需要有“通过时间”，也称装入时间，在此之后流水线才进入稳定工作状态，每一个时钟周期(节拍)流出一个结果。
③流水线不能缩短单个任务的响应时间，但可以提高吞吐量。
④流水线速度受限于最慢流水线断的运行速度，所以，各个功能段所需要时间应尽量相等(典型为一个时钟周期)，否则，时间长的功能段将成为流水线的瓶颈，造成流水线的阻塞、断流或停顿。
⑤流水技术适合于大量重复的处理过程，只有流水线的输入能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。
⑥流水线的多个任务是并发的。
61.根据流水线时是否有反馈回路划分，流水线可以分为线性流水线和非线性流水线。
62.指令处理的步骤：指令获取、操作数加载、执行指令、写操作数。
63.深度指令流水线结构是指将指令的执行过程进一步细化，使处理器执行指令的速度更快，效率更高。
64.PentiumⅡ架构具有RISC内核，CISC外壳。
65.缓冲器条目由状态、存储器地址、微操作、重命名寄存器四个域组成。
6.内存编址方式中i/O编址方式的区别：统一编制(存储器映射方式)：内存和外设的编址一起规划，被外设用了的地址就不能给内存。
独立编址(I/O映射方式)：内存和外设分开独立编址。
67.输入/输出的方式：程序查询方式、中断方式、直接存储器存取方式、I/O通道方式、操作系统的支持。
68.实现并行机制的途径有：时间重叠、空间重叠、时间+空间重叠、资源共享。
69.互联网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络。
70.互联网络的构成元素有：连接节点、链路和终端节点。
71.典型的网络拓扑结构有总线结构、集中式交换网络结构和分布式交换网络结构。