计算机体系结构与组成原理
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
计算机组成原理和计算机体系结构
计算机组成原理和计算机体系结构
计算机组成原理和计算机体系结构是计算机领域的两个重要概念，它们对于了解计算机的原理和使用都很重要。
计算机组成原理指的是计算机硬件的组成结构和工作原理，包括了计算机硬件中的各个部分，如处理器、内存、输入输出设备等。
计算机的硬件是由大量的电子元器件组成的，而这些元器件的组合形成了各种不同的计算机架构。
计算机体系结构是指计算机中各个硬件模块之间的关系和相互作用方式，体现了硬件的组织结构和协调工作的方式。
计算机体系结构的设计是基于计算机硬件结构的基础上，以满足特定的计算机应用需求为目标的。
计算机组成原理和计算机体系结构是紧密关联的，它们共同构成了计算机科学的核心知识。
计算机组成原理涉及到计算机硬件的各个方面，而计算机体系结构更关注计算机硬件之间的协调和配合，两者共同决定了计算机的性能和功能。
当我们需要了解计算机的硬件架构以及工作原理时，我们首先需要学习计算机组成原理。
计算机组成原理包括计算机的指令集、CPU、存储器等等。
这些知识非常基础和重要，它们是我们理解计算机的底层原理的基石。
对于计算机的体系结构，我们需要了解计算机硬件之间的相互作用方式。
在计算机体系结构中最重要的是如何进行数据传输和操作，包括了指令集设计、总线结构、内存层级等等。
通过这些设计，计算机硬件之间才能够有效地配合协作，才能够使得计算机具有高效率和高性能。
可以说，计算机组成原理和计算机体系结构是计算机科学的两大基石，只有具备了这两方面的知识，才能够全面深入地理解计算机的原理和实现过程，才能够在计算机的开发和应用中有更好的表现和发挥。
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。
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总一、冯．诺依曼思想体系——计算机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址访问、顺序执行。
二、计算机系统的层次结构——微程序级→机器级→操作级→汇编→高级语言。
第二章一、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。
二、一个浮点数标准化表示由符号位S、阶码E、尾数M三个域组成。
其中阶码E的值等于指数的真值e加上一个固定偏移值。
三、为了计算机能直接处理十进制形式的数据，采用两种表示形式：⑴字符串形式，主要用在非数值计算的应用领域；⑵压缩的十进制数串形式，用于直接完成十进制数的算术运算。
四、数的真值变成机器码时有四种表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码表示码。
其中移码主要用于表示浮点数的阶码E，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。
五、字符信息属于符号数据，是处理非数值领域的问题。
国际上采用的字符系统是七单位的ASCII码。
六、直接采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、字膜码等三种不同用途的编码。
七、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。
为了运算器的高速性和控制的简单性，采用了先行进位、阵列乘除法、流水线等并行技术措施。
八、定点运算器和浮点运算器的结构复杂程度有所不同。
早期微型机中浮点运算器放在CPU芯片外，随着高密度集成电路技术的发展，现已移至CPU内部。
第三章一、存储器分类——主存、辅存、cache二、按介质分类——半导体、磁表面、激光三、按存取方式分类——随机、顺序、半顺序四、多级存储器结构——cache—主存—辅存五、主存技术指标——存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽六、DRAM刷新方式——集中式、分散式七、多模块交叉方式——顺序方式、交驻方式八、相联存储器组成——存储体、检索寄存器、屏蔽寄存器、符合寄存器、比较线路、代码寄存器、控制线路。
计算机体系结构和计算机组成原理的区别
计算机体系结构和计算机组成原理的区别计算机体系结构和计算机组成原理是计算机科学领域中两个非常重要的概念，但它们具有不同的含义。
计算机体系结构描述了计算机系统的各个部分如何组成以及它们之间如何交互。
而计算机组成原理则更加关注计算机系统内部的各个硬件组件如何工作以及为什么工作。
具体来说，计算机体系结构包括计算机的指令集、寄存器、总线、存储器等部分。
这些部分描述了计算机系统的结构，以及这些部分之间如何进行数据传输和控制。
例如，计算机体系结构的指令集定义了计算机可执行的操作，包括加、减、乘、除、移位等等。
寄存器和存储器则用于保存程序和数据。
计算机组成原理则更加关注计算机系统内部的物理部件如何工作以及为什么工作。
这包括CPU、内存、I/O控制器等硬件组件。
例如，CPU是计算机的中央处理器，它执行指令，进行算术和逻辑运算，从内存中读取和写入数据。
计算机组成原理的学习者需要深入理解CPU的内部运作机制，例如时钟周期、流水线等等。
总的来说，计算机体系结构和计算机组成原理是紧密相关的，但它们具有不同的侧重点。
计算机体系结构关注的是计算机系统的整体结构和功能，而计算机组成原理则更多地关注计算机系统内部硬件组件的工作原理。
两个概念的深入理解和掌握对于计算机科学领域的学生和专业人士来说都是非常重要的。
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计算机体系结构与组成原理
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理是计算机科学与技术领域中的重要基础课程，它主要介绍了计算机系统的组成和工作原理。
本文将围绕这一主题展开探讨，从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面展开论述。
一、计算机体系结构计算机体系结构指的是计算机硬件系统的架构和组织方式，它包括了计算机的指令集、寻址方式、存储器结构、总线结构、输入输出系统等。
计算机体系结构是计算机软件与硬件之间的接口，对计算机的性能和功能起着至关重要的作用。
1.1 指令集体系结构指令集体系结构定义了计算机能够执行的指令集合以及指令的格式和含义。
常见的指令集体系结构有RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）。
这两种指令集体系结构在指令的数量、长度、执行速度等方面存在差异，对计算机的硬件设计和编程有着不同的影响。
1.2 存储器结构存储器结构是计算机中负责存储数据和指令的组成部分，包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。
常见的存储器结构有层次结构和并行结构。
层次结构中，各级存储器按照速度和容量的大小排列，高速缓存存储器（Cache）作为主存储器与CPU之间的缓冲区，提高数据的访问速度。
并行结构中，多个存储器模块同时工作，提高了数据的传输速率和系统的并行处理能力。
1.3 总线结构总线结构是计算机各部件之间传输数据和控制信息的通信线路，包括地址总线、数据总线和控制总线。
总线结构的设计要考虑数据传输的速度、容量和稳定性等因素，对于计算机系统的性能和可靠性有着重要影响。
二、计算机组成原理计算机组成原理是指计算机系统各个硬件组成部分的工作原理和实现方式。
它包括了算术逻辑单元（ALU）、控制器、寄存器、时钟信号等。
2.1 算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元是计算机中负责进行算术运算和逻辑判断的部件，它由逻辑门电路和寄存器组成。
ALU根据控制信号执行不同的运算操作，如加法、减法、乘法、除法等，同时也能够进行逻辑运算，如与、或、非等。
计算机体系结构和计算机组成原理
计算机体系结构和计算机组成原理
计算机体系结构和计算机组成原理是计算机科学中非常重要的两个概念。
计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，它定义了计算机的组成部分以及它们之间的关系。
计算机组成原理则是指计算机硬件的实现方式，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
计算机体系结构和计算机组成原理是密不可分的。
计算机体系结构的设计必须考虑到计算机组成原理的实现方式，而计算机组成原理的实现方式也必须符合计算机体系结构的要求。
例如，计算机体系结构中的指令集架构（ISA）定义了计算机的指令集和寄存器，而计算机组成原理则负责实现这些指令和寄存器。
计算机体系结构和计算机组成原理的发展历程可以追溯到计算机诞生的早期。
早期的计算机采用的是电子管和继电器等元器件，这些元器件的体积庞大、功耗高、寿命短，限制了计算机的发展。
随着半导体技术的发展，计算机的体积逐渐缩小，功耗降低，性能提高。
现代计算机采用的是微处理器、内存芯片、硬盘等集成电路，这些元器件的体积小、功耗低、寿命长，使得计算机的性能得到了极大的提升。
计算机体系结构和计算机组成原理的发展也推动了计算机应用的发展。
计算机的应用范围从最初的科学计算扩展到了商业、娱乐、通信等领域。
计算机的应用也从单机应用扩展到了分布式应用、云计算等新兴领域。
计算机体系结构和计算机组成原理是计算机科学中非常重要的两个概念。
它们的发展推动了计算机技术的进步，也推动了计算机应用的发展。
未来，随着人工智能、物联网等新兴技术的发展，计算机体系结构和计算机组成原理的研究将会更加深入，为人类带来更多的便利和创新。
计算机组成原理
计算机组成原理—学习总结计算机概述计算机的基本组成:•存储器:实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据•运算器:负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理•控制器:负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入,输出操作或内存访问•输入设备:实现计算程序和原始数据的输入•输出设备:实现计算结果输出组成的联系:•图一计算机的工作过程:•用户打开程序•系统把程序代码段和数据段送入计算机的内存•控制器从存储器中取指令•控制器分析,执行指令,为取下一条指令做准备•取下一条指令,分析执行,如此重复操作,直至执行完程序中全部指令,便可获得全部指令冯·诺依曼机制:•程序存储•采用2进制计算机系统的体系结构:•图二数据概述数据信息的两种基本方法:•按值表示:要求在选定的进位制中正确表示出数值，包括数字符号，小数点正负号•按形表示:按一定的编码方法表示数据信息的存储单位:• 1KB=2^10B=1024Byte• 1MB=2^20B=1024KB• 1GB=2^30B=1o24MB• 1TB=2^40B=1024GB浮点表示法:公式:N=2^(+-e)*(+-s)说明:•E为阶码它是一个二进制正整数•阶符（Ef）E前的+—为阶码的符号•S称为尾数它是一个二进制正小数•尾符（Sf）S前的+—为尾数的符号•“2”是阶码E的底线R进制表示法:计算机中常用的进制数的表示:进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数R=2R=8R=10R=16数码 0、10…70…90…F权2^i 8^i 10^i16^i形式表示 B Q D H 不同进制之间的转化:•十进制与R进制转换:十进制转R进制:整数的转化:“采用除R取余法”，从最后一次除得余数读取.小数部分的转化:“采用乘R取整数”将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的R进制小数R进制转十进制:使用权相加，即将各位进制数码与它对应的权相乘，其积相加，和数即为该R进制数相对应的十进制数•二进制，八进制，十六进制转化:•（二进制八进制）“三位并一位”•（八进制二进制）“一位拆三位”•（二进制十六进制）“四位并一位”•（十六进制二进制）“一位拆四位”•（十六进制八进制）“一位拆两位”•（八进制十六进制）“二位并一位”原码,反码,补码,BCD码:二进制的原码,反码及补码:•真值:一个数的正号用“+”表示,负号用“—”表示,即为该数真值•机器数:以0表示整数的符号,用1表示负数的符号,并且每一位数值也用0,1表示,这样的数叫机器数也叫机器码•原码:数的原码表示在机器中用符号位的0和1表示数的正负号,而其余表示其数本身•反码:•对于正数其反码与原码相同•对于负数其反码与原码的符号位不变数值各位取反即0变1,1变0•补码:•对于正数其补码与原码相同•对于负数补码与原码的符号位不变,数值各位取反,末尾加1原码,反码,补码之间的关系:BCD码:(二→十进制) 用思维二进制代码对一位十进制数进行编码例：(931)10=(1001 0011 0001)2BCD奇偶校验码:0000000001000001000100010 000112001000100 001013001100111 001104010001000 01001二进制四则运算:运算规则:•加法规则:0+0=0;0+1=1+0=1 1+1=1•减法规则:0-0=0;1-0=1;1-1=0;0-1=1•乘法规则:0*0=0;0*1=1*0=0;1*1=1•除法规则:0∕1=0;1∕1=1运算公式:•【X】补+【Y】补=【X+Y】补•【X-Y】补=【X+(-Y)】补=【X】补+【-Y】补逻辑运算:•定义:实现了逻辑变量之间的运算•分类:•逻辑加法(‘或’运算)•逻辑乘法(‘与’运算)•逻辑否定(‘非’运算)逻辑运算:•‘或’:•运算规则:0∪0=0;0∪1=1;1∪0=1;1∪1=1【1—真,0—假】•运算式:C=A∪B 或C=A+B(只有决定某一事件条件中有一个或一个以上成立,这事件才能发生)•‘与’:•运算规则:0∩0=0;0∩1=0;1∩0=0;1∩1=1•运算式:C=A∩B 或C=A－B 或C=A*B(只有决定某一事件的所有事件全部具备,这事才能发生)•‘非’:•运算规则:ō = 1;ī = 0•运算式:C=A(当决定某一事件的条件满足时,事件不发生,反之事件发生)•‘异或’:•运算规则:0异或0=0;0异或1=1;1异或0=1;1异或1=0•运算式:C=A异或B【相同为0,不同为1】逻辑代数常用公式•0-1律:A+0=A;A*0=0•重叠律:A+1=1;A*1=A;A+A=1;A*A=A•互补律:A*(!A)=0;A+(!A)=1•又拾律:!(!A)=A•交换律:A+B=B+A;A*B=B*A•结合律:A+(B+C)=(A+B)+C;A*(B*C)=(A*B)*C•分配率:A*(B+C)=A*B+A*C;A+(B*C)=(A+B)*(A+C)•摩尔定律:!(A+B)=(!A)*(!B);!(A*B)=(!A)+(!B)总线定义:连接计算机各部件之间或各计算机直接的一束公共信息线,它是计算机中传送信息代码的公共途径特点:•同一组总线在同一时刻只能接受一个发送源,否则会发生冲突•信息的发送则可同时发送给一个或多个目的地分类:•传送分类•串行总线二进制各位在一条线上是一位一位传送的•并行总线一次能同时传送多个二进制位数的总线•信息分类•数据总线在中央处理器与内存或I/0设备之间传送数据•地址总线用来传送单元或I/O设备接口信息•控制总线负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息•对象位置分类•片内总线指计算机各芯片内部传送信息的通道<I^2C总线,SPL总线,SCI总线> •外部总线微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连<ISA总线,EISA总线,PCI 总线>•系统总线微机中各插件与系统板<USB总线,IEEE-488总线,RS-485总线,RS-232 -C总线>总线标准依据:物理尺寸,引线数组,信号含义,功能和时序,工作频率,总线协议中央处理器运算器组成:•算术逻辑单元(ALU)•通用寄存器组(R1 ~Rn)•多路选择器(Mn)•标志寄存器(FR)控制器组成:•时标发生器(TGU)•主脉冲振荡器(MF)•地址形成器(AGU)•程序计数器(PC)•指令寄存器(IR)•指令译码器(ID)总线:•数据总线(DBUS)•地址总线(ABUS)•控制总线(CBUS)CPU运行原理图:CPU主要性能指标:•主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率•外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频•信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU 工作频率=信频*外频•基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数•地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样•数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入∕输出设备之间一次数据传输的信息量存储器定义:计算机存储是存放数据和程序的设备分类:•主存储器:也称内存,存储直接与CPU交换信息,由半导体存储器组成•辅助存储器:也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成存储层次:内存与外存的比较:主存辅存类型ROM RAM软盘硬盘光盘造价高高低++低低+速度快快慢++慢慢+容量小+小———断电有无有有有主存:功能:主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据组成:•存储体(MPS):由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数）且每个单元有一个编号,称为存储单元地址（地址）,通常一个存储单元由8个存储元件组成•地址寄存器(MAR):由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为1K,长度无2^10=1K）•地址译码器和驱动器•数据寄存器(MDR):数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配】主要技术指标:•存储容量:一般指存储体所包含的存储单元数量（N）•存取时间(TA):指存储器从接受命令到读出∕写入数据并稳定在数据寄存器（MDP）输出端•存储周期(TMC):两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长•存取速率:单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数•可靠性:用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔高速缓冲存储器:定义:高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器特点:比主存快5 ~10倍虚拟存储器:它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”ROM与RAMRAM(随机存储器)可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性ROM(只读存储器)•定义:ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性•分类:•固定掩模型ROM（不能再修改）•PROM可编程之读存储器（由用户写入,但只允许编程一次）•EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)•E2PROM电擦除可编程只读存储器（由电便可擦除里面内容）辅存(硬盘)说明:是以铝合金圆盘为基片,上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘优点:体积小,重量轻,防尘性好,可靠性高,存储量大,存取速度快,但多数它们固定于主机箱内,故不便携带,价格也高于软盘性能指标:转速,超频性能,缓存,单碟容量,传输模式,发热量,容量,平均等待时间硬盘组成图:注意:在整颗磁碟的第一个磁区特别的重要,因为他记录了整颗磁碟的重要资讯！磁碟的第一个磁区主要记录了两个重要的资讯,分别是：•主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装启动管理程序的地方,有446 byt es<MBR是很重要的,因为当系统在启动的时候会主动去读取这个区块的内容,这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何进行启动>•分割表(partition table)：记录整颗硬盘分割的状态,有64 bytes磁盘分区表(partition table):利用参考对照磁柱号码的方式来切割硬盘分区！在分割表所在的64 bytes容量中,总共分为四组记录区,每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码. 若将硬盘以长条形来看,然后将磁柱以直条图来看,那么那64 bytes的记录区段有点像底下的图示：上图中我们假设硬盘只有400个磁柱,共分割成为四个分割槽,第四个分割槽所在为第301到400号磁柱的范围.由於分割表就只有64 bytes而已,最多只能容纳四笔分割的记录, 这四个分割的记录被称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽. 根据上面的图示与说明,我们可以得到几个重点资讯：•其实所谓的『分割』只是针对那个64 bytes的分割表进行配置而已！•硬盘默认的分割表仅能写入四组分割资讯<主要分割与扩展分配最多可以有四条(硬盘的限制)>•这四组分割资讯我们称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽•扩展分配最多只能有一个(操作系统的限制)•逻辑分割是由扩展分配持续切割出来的分割槽,如果扩展分配被破坏,所有逻辑分割将会被删除•能够被格式化后,作为数据存取的分割槽为主要分割与逻辑分割.扩展分配无法格式化•分割槽的最小单位为磁柱(cylinder)•逻辑分割的数量依操作系统而不同,在Linux系统中,IDE硬盘最多有59个逻辑分割(5号到63号), SATA硬盘则有11个逻辑分割(5号到15号)•当系统要写入磁碟时,一定会参考磁盘分区表,才能针对某个分割槽进行数据的处理总结:•扇区(Sector)为最小的物理储存单位，每个扇区为512 bytes；•将扇区组成一个圆，那就是磁柱(Cylinder)，磁柱是分割槽(partition)的最小单位；•第一个扇区最重要，里面有：(1)主要启动区(Master boot record, MBR)及分割表(partitio n table)，其中MBR 占有446 bytes，而partition table 则占有64 bytes。
计算机组成原理与体系结构考试试卷
计算机组成原理与体系结构考试试卷（答案见尾页）一、选择题1. 计算机组成原理的主要研究对象是什么？A. 计算机的指令集B. 计算机的硬件组成及其工作原理C. 操作系统的工作原理D. 计算机网络的工作原理2. 下列哪个部件是计算机的核心部件，负责执行程序指令？A. CPUB. 内存C. 显卡D. 硬盘3. 在冯·诺依曼体系结构中，以下哪个不是必要的组成部分？A. 输入设备B. 输出设备C. 控制单元D. 数据总线4. 计算机的存储系统通常包括哪几个层次？A. 缓存B. 主存C. 外存D. 以上都是5. 在计算机组成原理中，常用的数据表示方法有哪些？A. 原码B. 补码C. 反码D. 移码6. 以下哪个是计算机的输入/输出设备？A. 键盘B. 显示器C. 打印机D. 网络接口卡7. 在计算机组成原理中，CPU的主要功能是什么？A. 存储数据B. 进行算术运算和逻辑运算C. 控制和管理计算机其他部件D. 传输数据8. 下列哪种存储器具有最快的读写速度？A. RAMB. 硬盘C. 缓存D. CD9. 在计算机组成原理中，中断是指什么？A. 计算机在执行程序时，由于某些紧急事件需要立即处理，而暂时中止当前程序的执行过程B. 计算机在执行程序时，由于某些紧急事件需要立即处理，而将程序的执行顺序暂时改变C. 计算机在执行程序时，由于某些紧急事件需要立即处理，而将程序的执行状态暂时保存D. 计算机在执行程序时，由于某些紧急事件需要立即处理，而将程序的执行内容暂时复制到另一个部件10. 在计算机组成原理中，为了提高计算机的性能，通常会采用多种技术手段，如并行处理、流水线技术等。
以下哪种技术不是常见的提高计算机性能的技术手段？A. 多核处理器B. 缓存技术C. 串行通信D. 异步I/O11. 计算机组成原理的主要内容包括哪些？A. 信息的表示与存储B. 控制器的设计与实现C. 总线与接口技术D. 操作系统的基本原理E. 以上都是12. 下列哪个部件不属于计算机的中央处理器（CPU）？A. 寄存器B. 运算器C. 控制器D. 缓存E. 输入/输出设备13. 在冯·诺依曼体系结构中，计算机由哪五个主要部分组成？A. 输入设备、输出设备、控制器、算术逻辑单元、内存B. 输入设备、输出设备、运算器、内存、外部存储器C. 输入设备、输出设备、控制器、算术逻辑单元、内存D. 输入设备、输出设备、运算器、内存、硬盘E. 输入设备、输出设备、控制器、内存、缓存14. 以下哪个不是计算机内部的信息表示方式？A. 原码B. 补码C. 反码D. ASCII码E. 二进制编码15. 在计算机组成原理中，通常使用哪种寻址方式来访问内存中的数据？A. 索引寻址B. 间接寻址C. 直接寻址D. 寄存器寻址E. 堆栈寻址16. 计算机的存储系统通常分为哪两部分？A. 主存储器B. 辅助存储器C. 随机存取存储器D. 磁盘存储器E. 光盘存储器17. 在输入/输出（I/O）系统中，中断的作用是什么？A. 提高系统的运行效率B. 实现多任务处理C. 允许计算机在等待I/O操作完成时继续执行其他任务D. 增加I/O设备的利用率E. 以上都是18. 在计算机组成原理中，为了提高指令的执行速度，通常会采用哪种技术？A. 流水线技术B. 哈希技术C. 缓存技术D. 动态调度技术E. 以上都是19. 以下哪个是计算机的输入设备？A. 显示器B. 键盘C. 打印机D. 扬声器E. 数字相机20. 在计算机体系结构中，超标量处理器的主要特点是什么？A. 支持分支预测B. 提高指令流水线的执行速度C. 增加寄存器数量D. 支持浮点运算E. 减少指令周期21. 在计算机组成原理中，以下哪个不是计算机的基本逻辑电路？A. 与门B. 或门C. 异或门D. 触发器E. 计数器22. 计算机的存储系统通常包括哪几个部分？A. 寄存器B. 缓存C. 主存储器D. 辅助存储器E. 高速缓冲存储器F. 以上都是23. 在计算机体系结构中，以下哪个是用于解释指令执行过程的概念？A. 指令集B. 指令流水线C. 数据通路D. 控制单元E. 以上都不是24. 下面关于冯·诺依曼结构的描述，哪个是正确的？A. 存储器只用于存储数据和指令B. 控制单元负责解释指令并控制整个计算机系统C. 输入/输出设备只能位于计算机的主板上D. 堆栈是用于数据存储的E. 以上都不对25. 在计算机组成原理中，以下哪个是用于表示字符的编码方式？A. ASCII码B. 汉字编码C. 国际码D. 以上都是E. 以上都不是26. 计算机的指令集是指什么？A. 计算机能够执行的全部指令的集合B. 计算机内部所有硬件部件的总和C. 计算机程序的集合D. 计算机内存中的数据集合E. 以上都不是27. 在计算机体系结构中，以下哪个是用于提高指令执行效率的技术？A. 流水线技术B. 循环展开技术C. 指令乱序执行D. 以上都是E. 以上都不是28. 计算机组成原理中的“存储程序”概念是由谁提出的？A. 图灵B. 冯·诺依曼C. 比尔·盖茨D. 以上都不是E. 以上都是29. 在计算机组成原理中，以下哪个是用于描述计算机系统各部件之间连接方式的模型？A. 系统总线B. 数据总线C. 控制总线D. 以上都是E. 以上都不是30. 计算机组成原理的主要目的是什么？A. 计算机内部电路的设计与优化B. 计算机硬件的逻辑设计C. 描述计算机硬件系统的组成和工作原理D. 计算机软件的开发与维护31. 在冯·诺依曼体系结构中，以下哪个部分不是必需的？A. CPUB. 内存C. 磁盘D. 输入输出设备32. 在计算机组成原理中，存储器的编址单位通常是：A. 字节B. 字C. 块D. 位33. 下列哪个部件不属于CPU的内部组成部分？A. 寄存器B. 指令寄存器C. 数据寄存器D. 输出缓冲器34. 在计算机的存储系统中，缓存通常位于哪个层次？A. L1缓存B. L2缓存C. 主存D. 硬盘35. 在计算机组成原理中，以下哪个概念是指CPU一次能处理的二进制数据的位数？A. 字长B. 总线宽度C. 主频D. 进程数36. 在冯·诺依曼体系结构中，程序和数据通常存储在哪里？A. RAMB. 硬盘C. ROMD. CD37. 在计算机组成原理中，以下哪个设备不是输入设备？A. 键盘B. 鼠标C. 打印机D. 显示器38. 在计算机组成原理中，以下哪个术语描述了CPU执行指令的速度？A. 主频B. 延迟C. 吞吐量D. 时序39. 在计算机的存储系统中，RAM的特点是什么？A. 速度快，但断电后数据会丢失B. 速度慢，但断电后数据不会丢失C. 速度快，断电后数据不会丢失D. 速度慢，断电后数据会丢失二、问答题1. 远程通信模块：如Wi-Fi、蓝牙等，用于与远程设备通信。
计算机组成原理和系统结构课后答案
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。
1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？略。
1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？略。
1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。
1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？答：指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。
1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。
1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。
（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。
（2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。
（4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。
（6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
（7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
（8）将高级语言翻译成机器语言的程序。
（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
（10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语：1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器（CPU）4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器10、VLSI答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2，（6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。
计算机组成原理
计算机组成原理一、选择1、数的大小2、存储单元存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。
每个单元有一个地址，是一个整数编码可以表示为二进制整数。
程序中的变量与主存储器的存储单元相对应。
变量的名字对应存储单元的地址，变量的内容对应单元所存储的数据。
3、冯.诺依曼体系结构以二进制的形式将程序存放到存储器中，控制器依据存储器的程序来控制全机协调地完成计算任务。
存储程序并按地址顺序执行，这就是冯诺依曼型计算机的体系结构，该结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
4、寻址范围存储器的容量=存储字长*存储单位5、CPU模型中各器件的功能控制器：（1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作和控制信号，以便启动规定的动作。
（3）指挥并控制CPU、数据cache和输入/输出设备之间数据流动的方向。
运算器：（1）执行所有的算术运算。
（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。
存储器：（1）数据缓冲寄存器（DR）①作为ALU运算结果和通用存储器之间信息传送中时间上的缓冲。
②补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
（2）指令寄存器（IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
（3）程序计数器（PC）保证程序能够连续地执行下去。
（4）数据地址寄存器（AR）用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器中（简称数存）单元的地址。
（5）通用寄存器(R0__R3)通用寄存器共4个，当算术逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
（6）状态字寄存器（PSW）保存由算数指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件代码。
6、指令的分类数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、其他指令7、指令周期的含义指令周期是指取出一条指令并执行这条指令的时间。
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。
1.2 计算机的组成及工作原理
功能键
编辑键
CRT显示器
LCD显示器
返 回
输出设备---显示器
性能指标：
分 辨 率： 用水平显示的像素个数 × 水平扫描线数表示来表
示。 屏幕大小：显示区域的大小，如17寸、19寸等。
点
间
距：指屏幕上两个颜色相同的荧光点之间的最短距离。
刷新频率：分为垂直刷新频率和水平刷新频率。 色 彩 数：指显示器的色彩还原能力。
I/O设备 I/O子系统
四、存储器
微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器 内部存储器 访问速度快 信息暂时性 相对价格高 外部存储器
访问速度慢
信息永久性 相对价格低
存储器容量单位
1Byte = 8 bit 1 KB = 210 Byte 1 MB = 210 KB 1 GB = 210 MB 1 TB = 210 GB 1 PB = 210 TB
外存储器（辅存）
输入设备
内存储器 （主存）
输出设备
运算器
控制器
数据流 地 址 控制流
中央处理器（CPU）
计算机的工作原理
原始数据
取数
I/O设备 内存储器
指令
运算器 存数
结果
存取命令
输入/输出命令
控制器
运算命令
计算机系统组成
一个计算机系统主要由 “硬件”和 “软件”两大系统组成。
《计算机组成原理》
Intel 8086: 16位
Intel 80386,80486, pentium：32位
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13
1计算机的组成
1.1中央处理器 1.2存储体系 1.3主板主要部件 1.4系统总线 1.5输入设备 1.6输出设备
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14
中央处理器（ CPU ）
包含运算器和控制器
能够高速地进行算术运算和逻辑运算 负责对输入信息进行各种处理的部件 一台计算机中有多个处理器，它们各有其不
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25
指令和指令系统基本概念
计算机指令系统的“兼容性”问题
由于每种类型的CPU都有自己的指令系统， 因此，某一类计算机的可执行程序代码未必 能在其他计算机上运行。
同一公司的CPU产品通常“向下兼容”—— 新型号的处理器在旧型号处理器指令系统基 础上进行扩充。
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26
指令执行过程
（1）CPU的控制器从存储器读取一条指令并放 入指令寄存器。
（2）指令寄存器中的指令经过译码，决定该 指令应该进行何种操作、操作数在哪里。
（3）根据操作数的位置从存储器取得操作数。
……→
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27
指令执行过程
（4）运算器按照指令操作码的要求，对 操作数完成规定的运算处理，并根据运 算结果修改或设置处理器的一些状态标 志。
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18
中央处理器（ CPU ）
超标量结构
为了加快CPU中指令的处理速度，CPU在执 行当前指令的同时，可以使用指令预取部件 提前向主存或快存去取出一些准备要执行的 指令。CPU采取“流水线”式的工作方式和 结构，实现了“超标量结构”。
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19
中央处理器
并行处理和多处理器系统
计算机组成原理冯诺依曼体系结构
计算机组成原理冯诺依曼体系结构计算机组成原理是计算机科学的核心课程之一，它涉及计算机的硬件和软件组成部分以及它们之间的相互连接和工作方式。
冯诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础，它是一种将数据和指令存储在同一存储器中的设计思想。
本文将针对计算机组成原理冯诺依曼体系结构进行详细介绍。
一、冯诺依曼体系结构的概念与特点冯诺依曼体系结构是由冯·诺伊曼于1945年提出的，它的主要特点有以下几个方面：1. 存储程序：冯诺依曼体系结构中，计算机的指令和数据都存储在同一块存储器中，它们没有区别对待。
这种存储程序的特性使得计算机可以按照指令顺序执行程序。
2. 指令执行周期：冯诺依曼体系结构的计算机按照指令的执行顺序进行操作。
每条指令的执行需要经过若干个时钟周期，包括取指令、解码、执行和存储结果等步骤。
3. 存储器与运算器的分离：冯诺依曼体系结构中，存储器和运算器是分离的，它们通过数据总线和控制总线进行通信。
这种结构使得计算机的存储器和运算器可以独立地进行工作。
二、计算机组成原理中的主要组成部分计算机组成原理主要包括以下几个组成部分：1. 运算器：运算器是计算机的核心部分，它包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器等。
ALU负责进行基本的算术和逻辑运算，寄存器用于存储临时数据和结果。
2. 控制器：控制器负责指挥计算机的各个组成部分协同工作，它包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器等。
控制器从存储器中取指令，并根据指令的内容发出相应的控制信号。
3. 存储器：存储器用于存储计算机的指令和数据，它可以分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器是计算机中的主要存储器，它采用随机访问方式，速度较快；辅助存储器用于存储大量的数据和程序，它的容量比主存储器大，但速度较慢。
4. 输入输出设备：输入输出设备用于计算机与外部环境之间的信息交换，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备将外部信息传输给计算机，输出设备将计算机处理的结果显示或输出。
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计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理讨论了计算机系统的基本原理、组成结构和相互关系。
它研究了计算机的硬件和软件组件，并介绍了计算机如何执行指令以及数据在计算机内部的处理方式。
本文将从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面来探讨这一主题。
一、计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机硬件和操作系统之间的接口关系。
它定义了计算机的结构、功能和性能特征，包括内存、输入输出设备和处理器等组件。
计算机体系结构的设计决定了计算机系统的可扩展性和性能。
1. 冯·诺依曼体系结构
冯·诺依曼体系结构是一种广泛应用的计算机体系结构，是由冯·诺依曼于1945年提出的。
它包括了一个存储器、一个运算器、一个控制器、输入设备和输出设备等组件。
其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于执行算术和逻辑运算，控制器用于指挥各个组件的操作。
2. 硬件层次结构
计算机体系结构还可以按照硬件的层次结构进行分类。
常见的硬件层次结构包括计算机系统、总线、处理器和存储器等。
计算机系统是最高层次的硬件，它由多个处理器和存储器组成，并通过总线进行连接。
二、计算机组成原理
计算机组成原理研究了计算机硬件的内部结构和功能，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
它关注计算机内部数据的存储、传输和处
理方式。
1. 处理器
处理器是计算机的核心组件，负责执行指令和处理数据。
它由控制
器和算术逻辑单元组成。
控制器用于解析和执行指令，算术逻辑单元
用于执行算术和逻辑运算。
2. 存储器
存储器用于存储计算机内部的数据和指令。
根据存取方式的不同，
存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于临时存储数据和程序，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
3. 输入输出设备
输入输出设备用于将数据和指令传递给计算机系统，或将计算结果
输出到外部设备。
常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器和打
印机等。
三、计算机体系结构与组成原理的关系
计算机体系结构和组成原理是相互关联的，在计算机系统设计和优
化过程中起着重要作用。
1. 体系结构指导组成原理
计算机体系结构为计算机组成原理提供了设计和实现的指导。
体系
结构定义了计算机系统的结构和功能要求，组成原理则根据体系结构
的要求进行硬件和软件设计。
2. 组成原理影响体系结构
计算机组成原理的改变会影响计算机体系结构的设计和性能。
例如，处理器的性能提升可以使计算机体系结构更加复杂，增加硬件支持的
指令集。
综上所述，计算机体系结构与组成原理是计算机系统设计和实现中
的关键概念。
理解和掌握这些原理，对于提高计算机系统的性能和可
靠性具有重要意义。
通过深入研究计算机体系结构与组成原理，我们
可以更好地理解计算机的工作原理，为计算机系统的设计和优化提供
指导。