计算机组成原理最新版
最新计算机组成原理第三章课件白中英版
3.1 存储器概述
❖ 存储器的两大功能： 1、 存储（写入Write） 2、 取出（读出Read）
❖ 三项基本要求： 1、大容量 2、高速度 3、低成本
计算机组成原理
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计算机组成原理
8
3.2 随机读写存储器
SRAM（静态RAM：Static RAM）
T7 ，这样存储体管子增加不多，但是双向地址译码选择， 因为对Ｙ选择线选中的一列只是一对控制管接通，只有X选 择线也被选中，该位才被重合选中。
X选择线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A T4
T5
T2
T0
T1
T6
位/读出线
B T3
BS1 读/写“1”
T7
I/O
Y选择线
I/O
6管双向选择MOS存储电路
（2）字结构是2度存储器：只需使用具有两个功能端的基本存储电路：字 线和位线
（3）优点：结构简单，速度快：适用于小容量M
（4）缺点：外围电路多、成本昂贵，结构不合理结构。
计算机组成原理
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静态MOS存储器
BS0
BS1
FF
FF
FF
16 地址 选
W0
1
A0
地 字线
址
FF
FF
FF
译
……
A1
码 W1 器
：： A2
•以触发器为基本存储单元 •不需要额外的刷新电路 •速度快，但集成度低，功耗和价格较高
DRAM（动态RAM：Dynamic RAM）
•以单个MOS管为基本存储单元 •要不断进行刷新（Refresh）操作 •集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢
(2024年)计算机组成原理全本
集成电路计算机 时代
超大规模集成电 路计算机…
早期计算机采用机械方式 进行计算，如帕斯卡计算 器。
采用真空电子管作为计算 元件，实现了电子化计算 。
晶体管替代电子管，提高 了计算机性能和可靠性。
集成电路技术使得计算机 体积缩小、功耗降低、性 能提高。
随着微处理器和存储技术 的发展，计算机性能得到 极大提升。
并行通信接口电路
如Centronics接口标准 ，用于实现打印机等并行 设备的连接。
USB接口电路
通用串行总线接口，支持 热插拔和即插即用功能， 广泛应用于各种计算机外 设的连接。
HDMI接口电路
高清多媒体接口，用于实 现高清音视频信号的传输 。
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THANK YOU
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应用于计算机内部连接。
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Ethernet总线
以太网总线，是一种局域网总线 标准，用于连接计算机和网络设
备。
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输入输出系统
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输入输出设备
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输入设备
键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、 触摸屏等。
输出设备
显示器、打印机、音响、投影仪 等。
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输入输出接口
接口的作用
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计算机系统组成
硬件系统
包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输 出设备等。
中央处理器（CPU）
是计算机的核心部件，负责执行指令和处理 数据。
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软件系统
包括操作系统、应用软件、编程语言等。
存储器
用于存储数据和程序，包括内存和外存。
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最新《计算机组成原理》第2章习题答案
最新《计算机组成原理》第2章习题答案第⼆章习题解答1．设机器数的字长8位(含1位符号位)，分别写出下列各⼆进制数的原码、补码和反码：0，-0，0.1000，-0.1000，0.1111，-0.1111，1101，-1101。
解：2．写出下列各数的原码、补码和反码：7/16，4/16，1/16，±0，-7/16,-4/16,-1/16。
解：7/16=7*2-4=0.01114/16=4*2-4=0.01001/16=1*2-4=0.0001真值原码补码反码7/16 0.0111 0.0111 0.01114/16 0.0100 0.0100 0.01001/16 0.0001 0.0001 0.0001+0 O.0OOO O.0OOO O.0OOO-0 1.0OOO O.0OOO 1.1111-1/16 1.0OO1 1.1111 1.1110-4/16 1.0100 1.1100 1.1011-7/16 1.0111 1.1001 1.10003．已知下列数的原码表⽰，分别写出它们的补码表⽰：[X1]原=O.10100，[X2]原=l.10111。
解：[X1]补=0.10100，[X2]补=1.01001。
4．已知下列数的补码表⽰，分别写出它们的真值：[X1]补=O.10100，[X2]补=1.10111。
解： X1=O.10100， X2=-0.01001。
5．设⼀个⼆进制⼩数X≥0，表⽰成X=0.a1a2a3a4a5a6，其中a1～a6取“1”或“O”：(1)若要X>1/2，a1～a6要满⾜什么条件?(2)若要X≥1/8，a1～a6要满⾜什么条件?(3)若要1/4≥X>1/16,a1～a6要满⾜什么条件?解：(1) X>1/2的代码为：0.100001～0.111111。
a1=1,a2+a3+a4+a5+a6=1。
(2) X≥1/8的代码为：0.001001～0.111111(1/8～63/64)a1+a2=0,a3=1或a1=0，a2=1,或a2=1（3）1/4≥X>1/16的代码为：0.000101～0.01000（5/64～1/4）a1+a2+a3 =0, a4=1,a5+a6=1 或a1+a2=0,a3=1 或a2=1，a1+a3+a4+a5+a6=06．设[X]原=1.a1a2a3a4a5a6(1)若要X>-1/2，a1～a6要满⾜什么条件?(2)若要-1/8≥X≥-1/4,a1～a6要满⾜什么条件?解：(1) X>-1/2的代码为：1.000001～1.011111（-1/64～-31/64）。
最新计算机组成原理ThePrincipleofComputerppt课件
ThePrincipleofComputerppt 课件
第6章 控制系统与CPU
6.1控制器概述 6.2控制器的控制方式与时序系统 6.3CPU的总体结构 6.4模型机的总体结构 6.5组合逻辑控制器设计 6.6微程序控制器设计 6.7流水线处理技术 6.8CPU举例
计算机组成原理
西北工业大学计算机学院
与组合逻辑型本质相同，工艺不同；
用大规模集成电路(LSI)来实现。
计算机组成原理
西北工业大学计算机学院
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6.2控制器的控制方式与时序系统
6.2.1控制方式 6.2.2时序系统
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西北工业大学计算机学院
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பைடு நூலகம்
6.2.1 控制方式
如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号的方法， 称为控制器的控制方式。控制方式通常分为同步控制方式、 异步控制方式、同异步联合控制方式三类。
则，用逻辑门电路实现；速度快。
不规整，可靠性低，不易修改和扩充，造价高。
(2)存储逻辑型（微程序控制逻辑法）
将程序设计的思想方法引入控制器的控制逻辑；
将各种操作控制信号以编码信息字的形式存入控制存储
器中（CM）；
一条机器指令对应一道微程序，机器指令执行的过程就
是微程序执行的过程。
(3) 组合逻辑和存储逻辑结合型（可编程逻辑阵列(PLA)法）
优点：指令的运行效率高；
缺点：控制线路比较复杂。
异步工作方式一般采用两条定时控制线来实现。我们把这
两条线称为“请求”线和“回答”线。当系统中两个部件
A和B进行数据交换时，若A发出“请求”信号，则必须有
B的“回答”信号进行应答，这次操作才是有效的，否则
2024版《计算机组成原理》ppt课件
《计算机组成原理》ppt课件目录•计算机系统概述•数字逻辑基础•计算机各部件的功能和组成•指令系统•CPU的结构和功能•存储器的层次结构•计算机组成原理的应用和发展01计算机系统概述Part计算机的发展历程第一代计算机（1946-1957）电子管时代，采用电子管作为基本元件，体积大、功耗高、可靠性差。
第二代计算机（1958-1964）晶体管时代，采用晶体管作为基本元件，体积减小、功耗降低、可靠性提高。
第三代计算机（1965-1970）集成电路时代，采用中小规模集成电路，使得计算机体积更小、功耗更低、可靠性更高。
第四代计算机（1971年至今）大规模和超大规模集成电路时代，计算机性能得到极大提升，应用领域不断扩展。
计算机系统的层次结构微程序机器级微指令由硬件直接执行，微程序由微指令构成，用于描述机器指令。
高级语言级用高级语言编写程序，通过编译或解释程序翻译成机器语言程序或汇编语言程序。
传统机器级用微程序解释机器指令系统，提供传统机器级虚拟机器。
汇编语言级用汇编语言编写程序，通过汇编程序翻译成机器语言程序。
操作系统级通过系统调用实现操作系统功能，提供扩展机器。
计算机的性能指标机器字长指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
存储容量包括主存容量和辅存容量。
主存容量通常以字节为单位，辅存容量通常以位为单位。
存储容量越大，系统能存储的信息就越多。
运算速度用每秒钟所能执行的指令条数来表示，单位通常用MIPS（百万条指令/秒）。
运算速度越快，系统处理任务的能力越强。
02数字逻辑基础Part数制与编码数制的基本概念介绍二进制、十进制、十六进制等数制的基本概念及转换方法。
编码方式详细阐述原码、反码、补码等编码方式及其在计算机中的应用。
数的定点与浮点表示解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。
1 2 3引入逻辑变量和逻辑函数的概念，为后续的逻辑运算打下基础。
2024年度计算机组成原理ppt课件
总线概念
总线是计算机内部各部件之间传输信息的公共通道，由一组导线和 相关的控制电路组成。
总线分类
根据传输数据的方式不同，总线可分为并行总线和串行总线；根据 连接部件的不同，总线又可分为内部总线和外部总线。
性能指标要求
总线的性能指标包括传输速率、总线宽度、总线时钟频率、总线负载 能力等。这些指标决定了总线的传输效率和稳定性。
操作码字段分割技术
Байду номын сангаас
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将操作码字段分割成多个子字段，每个子字段表 示不同的指令信息，可以进一步提高指令系统的 扩展性和灵活性。
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05
中央处理器（CPU） 组成与工作原理
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CPU基本结构和功能单元划分
控制单元（CU）
负责解释指令、控制操作、时序控制等任务，是CPU的“大脑”。
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高速缓冲存储器（Cache）原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数 据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。
Cache应用
Cache广泛应用于计算机系统中，包括CPU内部的L1 Cache、L2 Cache等，以及外部 设备如硬盘、光驱等中的缓存。
A 浮点数表示方法
介绍浮点数的表示方法，包括符号 位、指数位和尾数位等，并阐述浮
点数的范围及精度。
B
C
D
浮点数运算器的设计
阐述浮点数运算器的设计原理和实现方法 ，包括加法器、减法器、乘法器、除法器 和舍入单元等。
浮点数乘除运算
介绍浮点数的乘除运算方法，包括原码乘 除、补码乘除等算法，并阐述浮点数乘除 运算的特点和注意事项。
最新版计算机组成原理试题及答案a
最新版计算机组成原理试题及答案a《计算机组成原理》期末试卷A⼀、填空题：1、原码⼀位乘法中，符号位与数值位（）。
2、设X= —0.1011，则[X]补为（）。
3、在存储系统的Cache与主存层次结构中，常会发⽣数据替换问题，此时我们较常使⽤的替换算法有（）和（）等。
4、在多级存储体系中，Cache存储器的主要功能是（）。
5、在下列常⽤术语后⾯，写出相应的中⽂名称：PC( ), RISC( ), DMA( ), DRAM( )、EPROM（）。
6、为了实现CPU对主存储器的读写访问，它们之间的连线按功能划分应当包括（）、（）、（）。
7、从计算机系统结构的发展和演变看，近代计算机是以（）为中⼼的系统结构。
9、⼀条指令实际上包括两种信息即（）和（）。
10、在主存和CPU之间增加cache存储器的⽬的是（）。
⼆、单项选择题：1、在下列机器数中，零的表⽰形式是唯⼀的。
A、原码B、补码C、反码D、原码和反码2、下列数中最⼤的数是。
A、（10011001）2B、（227）8C、（98）16D、（152）103、有关Cache的说法正确的是（）。
A、只能在CPU以外B、CPU内外都可以设置CacheC、只能在CPU以内D、若存在Cache，CPU就不能再访问主存4、在浮点数编码表⽰中，（）在机器数中不出现，是隐含的。
A、基数B、尾数C、符号D、阶码B、从主存取出⼀条指令C、完成指令操作码译码D、从主存取出指令，完成指令操作码译码，并产⽣有关的操作控制信号，以解释执⾏该指令。
6、计算机系统的层次结构从内到外依次为（）。
A、硬件系统、系统软件、应⽤软件B、系统软件、硬件系统、应⽤软件C、系统软件、应⽤软件、硬件系统D、应⽤软件、硬件系统、系统软件7、32个汉字的机内码需要（）。
A、8字节B、64字节C、32字节D、16字节8、相联存储器是按（）进⾏寻址的存储器。
A、地址指定⽅式B、堆栈指定⽅式C、内容指定⽅式D、地址指定⽅式与堆栈存储⽅式结合9、状态寄存器⽤来存放（）。
计算机组成原理罗克露全原版
总线的特点
总线具有规范性、共享性和可扩展性 等特点，能够实现各功能模块之间的 信息传输和资源共享。
主板组成结构与功能模块
主板的基本组成
主板是计算机的核心部件，主要 由芯片组、处理器插座、内存插 槽、扩展槽、接口插座等组成。
器、 输入输出接口、总线控制器等， 这些模块共同实现了计算机的基 本功能。
主板新技术与发展趋势
主板新技术
随着计算机技术的不断发展，主板技术也在不断更新换代，出现了许多新的技术 和功能，如高速总线技术、多核处理器技术、固态硬盘技术等。
主板发展趋势
未来主板的发展趋势是更加集成化、智能化和绿色化，将更加注重性能和稳定性 ，同时也会更加注重节能和环保。
04
输入输出设备与接口
输入输出设备分类与特点
输入设备
鼠标、键盘、触摸屏、扫描仪等 ，用于向计算机提供数据和信息
。
输出设备
显示器、打印机、音响等，用于将 计算机处理后的数据和信息以某种 形式展现给用户。
特点
不同的输入输出设备具有不同的功 能和特点，可以满足用户不同的需 求。
输入输出接口组成结构
输入接口
计算机组成原理罗克露全原版
汇报人： 202X-12-22
• 计算机系统概述 • 运算器与控制器 • 存储器系统 • 输入输出设备与接口 • 总线系统与主板结构
01
计算机系统概述
计算机发展历程
01
02
03
机械计算机时代
以机械元件为主要计算元 件，主要用于科学计算和 工程设计。
电子计算机时代
以电子元件为主要计算元 件，开始应用于数据处理 、数值计算等领域。
计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传 输速度快，但传输距离短，而串行接口传输 速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目 前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令 ；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期 保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法，包括定点整数和定点小数，适用 于表示范围较小的数值。
总线技术
2024版计算机组成原理全ppt课件
实验步骤
确定总线仲裁方案、设计仲裁电路、连接并测试总线系统。
THANKS
感谢观看
ABCD
PCI总线
一种高性能的局部总线标准，广泛应用于计算机 内部设备连接。
IEEE 1394总线
一种高速串行总线标准，主要用于音视频设备的 连接和数据传输。
07
输入输出（I/O）系统组织结 构和设备接口技术
I/O系统基本概念和组成要素
I/O系统的定义
I/O系统是指计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统， 它是计算机系统的重要组成部分。
ARM指令系统
ARM是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令集 和较少的寻址方式，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
MIPS指令系统
MIPS也是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令 集和较少的寻址方式，被用作许多大学计算机组成原理课 程的教材。
05
中央处理器（CPU）组成与功 能实现
08
计算机组成原理实验项目指导
实验项目一：简单组合逻辑电路设计
实验目的
掌握组合逻辑电路的基本原理和 设计方法。
实验要求
使用逻辑门电路搭建，测试并验 证电路功能。
实验内容
设计并实现一个简单的组合逻辑 电路，如加法器、比较器等。
实验步骤
确定设计目标、列出真值表、化 简逻辑表达式、选择器件并搭建
电路、测试与调试。
请求分段存储管理
在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能。当 要访问的段不在内存时，产生缺段中断，系统将外存中的段 调入内存
04
指令系统设计与寻址方式选择
指令格式及操作码编码方法
指令格式
2024版计算机组成原理(最新版)
•计算机系统概述•数字逻辑基础•计算机中的数据表示目录•运算方法与运算器•指令系统与寻址方式•存储系统与主存储器•中央处理器与微程序控制•输入输出系统与总线计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路等阶段。
随着技术的不断进步，计算机的性能不断提高，体积不断缩小，价格不断降低。
计算机是一种能自动、高速、精确地进行信息处理的电子设备。
计算机的定义与发展计算机系统的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。
软件系统包括系统软件和应用软件，系统软件如操作系统、编译程序等，应用软件如办公软件、游戏软件等。
计算机的工作原理数制与编码数制的基本概念介绍二进制、十进制、十六进制等数制的特点和表示方法。
数制间的转换详细阐述不同数制间的转换方法，包括二进制与十进制、二进制与十六进制之间的转换。
编码方式介绍常见的编码方式，如ASCII码、BCD码等，以及它们在计算机中的应用。
逻辑代数基础逻辑变量的概念01逻辑运算02逻辑函数及其表示方法03逻辑门电路基本逻辑门电路复合逻辑门电路逻辑门电路的应用1 2 3定点数表示法浮点数表示法原码、反码、补码数值数据的表示非数值数据的表示ASCII码用于表示字符型数据，将字符映射为数字编码。
Unicode编码统一不同字符集，实现跨平台、跨语言文本处理。
BCD码（Binary-Coded Decimal）以4位二进制数表示1位十进制数，用于高精度计算。
数据校验奇偶校验海明校验循环冗余校验（CRC）定点数的表示定点数是小数点位置固定的数，通常分为定点整数和定点小数。
在计算机中，定点数一般采用补码形式表示，正数的补码与其原码相同，负数的补码是其原码按位取反后加1。
定点数的运算定点数的运算包括加减乘除四种基本运算。
在运算过程中，需要考虑溢出、精度损失等问题，并采取相应的处理措施，如溢出判断、移位操作等。
浮点数的表示浮点数的运算运算器的组成与设计运算器的组成运算器的设计指令格式与寻址方式概述指令格式寻址方式立即寻址操作数就在指令中，紧跟在操作码后面，作为指令一部分存放在内存的代码段中，该操作数为立即数，这种寻址方式称为立即寻址方式。
计算机组成原理
计算机组成原理
⊙第六章中央处理器
6.1.1 中央处理器的功能与组成 (4/5)
五、CPU的组成
（1）指令部件 程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器（ID）、程序状态寄存 器（PSW）和地址形成部件等。 （2）时序部件 时序部件就是用来产生各部件所需要的定时控制信号的部件。时序信号 一般由工作周期，工作节拍及工作时标脉冲三级时序信号构成。 （3）微操作控制线路 微操作是指计算机中最基本的操作；微操作控制逻辑，用来产生机器所 需的全部的微操作信号。微操作控制逻辑的作用是把操作码译码器输出 的控制电位，时序信号以及各种控制条件进行组合，按一定时间顺序产 生并发出一系列微操作控制信号，以完成指令规定的全部操作。 （4）中断控制逻辑 中断控制逻辑用来控制中断处理的硬件逻辑。
中央处理器的总体结构 指令的执行与时序产生器 微程序设计技术和微程序控制器 硬布线控制器与门陈列控制器
2013年8月3日
第5页
计算机组成原理
⊙第六章中央处理器
教学过程
6.1 中央处理器的总体结构 6.2 指令的执行与时序产生器 6.3 微程序设计技术与微程序控制器 6.4 硬布线控制器与门阵列控制器 6.5 CPU新技术
R0..R3,S,D,T
图6-3 模型计算机框图
2013年8月3日 第25页
计算机组成原理
⊙第六章中央处理器
6.2.1 指令周期 (11/18)
三、微操作序列 （1）“从主存中取出一个字”的微操作序列 ①R1out，0X，0Y，RY，ADD，Zin （把有效地址送入暂存器Z。） ②Zout，MARin，READ （将总线地址送入MAR，并发送读命令READ。） ③WMFC （控制器等待存储器发来的操作完成信号MFC。） ④MDRout，0X，Xin，0Y，ADD，Zin （控制器收到MFC后，将MDR中已读的代码送暂存器Z。） ⑤Zout，R2in （将取得的数据装入R2寄存器中。）
最新计算机组成原理第一章chp1-2
浮 点 数 操 作 次 数 MFLOPS=执 行 时 间 106
计算机组成原理第一章chp1-2
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1.6计算机系统的主要技术指标 第一章 绪论
机器容量:计算机的容量实际上是指机器内 部主存储器的容量。
吞吐量:计算机系统的吞吐量是指计算机在 单位时间内能处理的信息量。也就是流入、 处理和流出系统的信息的速率。
(b) SIMD
PU1
MM1
PU2
MM2
…
…
PUn
MMm
结构
MM1 MM2
… MMm
CU1
PU1
CU2
PU2
…
CUn
PUn
CU1
PU1
CU2
PU2
…
…
CUn
PUn
MM1 MM2
… MMm
(c) MISD 结构
(d) MIMD
结构
计算机组图成1原-7理F第lyn一n 章分c类hp法1-中2 四种系统的基本结构
：用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。
计算机组成原理第一章chp1-2
1
1.4计算机的软件
第一章 绪论
二、软件的发展演变 编程语言的发展
➢ 手编程序：机器语言程序，手工编译二进制码 ➢ 汇编程序：符号语言程序，汇编程序汇编 ➢ 高级程序：算法语言/高级语言，机器编译程序/解释程序
系统软件的发展
第一章 绪论
本章重点:
建立计算机系统整体概念 了解计算机系统基本概念 掌握冯·诺依曼计算机模型以及计算机组成 理解计算机系统层次结构 理解计算机系统结构概念
本章难点:
计算机自动执行时控制器如何区分指令和数据 计算机系统结构概念
2024版年度计算机组成原理
03
高速缓存、主存储器、磁盘等存储器的组成和工作原理，以及
存储保护技术。
35
关键知识点总结回顾
指令系统
指令格式、寻址方式、指令类型等，以及指 令流水线技术。
总线
总线结构、总线仲裁、总线通信协议等。
2024/2/3
中央处理器（CPU）
CPU的组成、功能和工作原理，包括指令执 行过程、中断处理、异常处理等。
丢失等问题。
2024/2/3
电流噪声
电流中的噪声干扰可能 影响计算机内部信号传 输的准确性和稳定性。
电源纹波
电磁干扰
电源纹波过大可能导致 计算机硬件设备损坏或
性能下降。
12
电磁干扰可能影响计算 机的正常运行，甚至导 致数据泄露等安全问题。
节能环保技术在供电中应用
节能电源设计
采用高效能、低损耗的电源设计 方案，提高电源转换效率。
输入输出（I/O）系统
I/O设备、I/O接口、I/O控制方式等。
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新型计算机技术展望
量子计算
利用量子力学原理进行信息处 理，具有突破传统计算极限的
潜力。
1
光计算
以光为信息载体进行信息处理， 具有高速、并行、低能耗等优
点。 2024/2/3
生物计算
借鉴生物界信息处理机制，发 展新型计算模式，如DNA计 算、神经网络计算等。
选购建议
在选购显卡时，需要根据自己的使用需求来选择适合的型号。对于一般办公和娱乐应用，中低端显卡即可 满足需求；而对于游戏、设计、视频编辑等高性能需求，则需要选择高端显卡。同时，还需要注意显卡的 散热性能和功耗，以确保其稳定性和耐用性。
2024/2/3
25
声卡功能特点以及应用场景分析
计算机组成原理最新版
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【例2】 利用串行方式传送字符，每秒钟传 送的比特(bit)位数常称为波特率。假设数据 传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式 规定包含10个bit(起始位、停止位、8个数据 位)，问传送的波特率是多少?每个bit占用的 时间是多少? 【解】： 波特率为：10位×120/秒=1200波特 每个bit占用的时间Td是波特率的倒数： Td=1/1200=0.833×0.001s=0.833ms
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PCI总线： 用于连接高速的I/O设备模块。通
过“桥”芯片，上面与更高速的CPU总线相 连，下面与低速的ISA总线相接。PCI总线是 一个32 (或64位) 的同步总线，32位(或64位) 数据/地址线是同一组线，采用分时复用。总 线时钟频率为33.3MHz，总线带宽是 132MB/s。PCI总线采用集中式仲裁方式，有 专用的PCI总线仲裁器。主板上一般有3个PCI 总线扩充槽。
并行传送一般采用电位传送。由于所有 的位同时被传送，所以在相同时钟速度下， 并行数据传送比串行数据传送快得多。
串、并行传送的示意图。
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3. 分时传送
分时传送有两种概念。 一是采用总线复用方式，某个传输线上 既传送地址信息，又传送数据信息。为此必 须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完 成传送地址和传送数据的任务。 分时传送的另一种概念是共享总线的部 件分时使用总线。
简单总线结构的不足之处在于： （1）CPU是总线上的唯一主控者。 （2）总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总
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件之间的总线。 (2) 系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功
能部件，如存储器、通 道等互相
连接的总线。 (3) I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的
精品课总件 线。
1.
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的
简单总线结构的不足之处在于： （1）CPU是总线上的唯一主控者。 （2）总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总
线结构紧密与CPU相关，通用性较差 。
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2. 当代总线: 下图所示为当代流行的总线内部结构。
它是一些标准总线，追求与结构、CPU、技术 无关的开发标准，并满足包括多个CPU在内的 主控者环境需求。
计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统
的信息的速率。它取决于信息能够多快地输入内存， CPU能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或 存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围
设备。
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6.1.4 总线的内部结构
1. 早期总线:
早期总线的内部结构如下图所示。它实 际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O 设备适配器的通道。这种简单的总线一般由50～ 100条线组成，这些线按其功能可分为三类：地 址线、数据线和控制线。
Dr = D/T = D×1/T = D×f = 4B×33×1000000/s=132MB/s
(2) 64位=8B， Dr= D×f =
8B×66×1000000/s=52精8品M课B件/s
6.1.2 总线的连接方式
大多数总线都是以相同方式构成的，其不 同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目， 以及控制线的多少及其功能。然而，总线的排 列布置与其它各类部件的连接方式对计算机系 统的性能来说，将起着十分重要的作用。根据 连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有 三种基本类型：
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2. 总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同 厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没 有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却 可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相 同的系统总线的要求，这就是系统总线的标 准化问题。 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速 率，它是衡量总线性能的重要指标，单位兆 字节每秒(MB/s)。
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2.最大存储容量
在单总线系统中，若采用相同的操作码访问主 存和外设，则主存的最大容量必须小于由计算机字长 所决定的可能的地址总数。
在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判 断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地 址出现于不同的总线上，所以存储容量不会受到外围 设备多少的影响。
3. 吞吐量
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3. 三总线结构
它是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成 的。如下图所示。
在DMA方式中，外设与存储器间直接交换数据 而不经过CPU，从而减轻了CPU对数据输入输出的 控制，而“通道”方式进一步提高了CPU的效率。 通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称 为IOP (I/O处理器)，它分担了一部分CPU的功能 ，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的 数据传送。显然由于增加了IOP，使整个系统的效 率大大提高。然而这是以增加更多的硬件代价换 来的。
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6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响
在一个计算机系统中，采用哪种总 线结构，往往对计算机系统的性能有很大影 响。下面从三个方面来讨论这种影响。
1.指令系统
在双总线系统中，CPU对存储总线和系统 总线必须有不同的指令系统；在单总线系统 中，访问主存和I/O传送可使用不同的操作 码或相同的操作码。当使用相同的指令时， 应使用不同的地址区分是访问主存还是外设。
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【例1】 (1) 某总线在一个总线周期中并行传送4个
字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周 期，总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少? (2) 如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频 率升为66MHz，则总线带宽是多少?
[解] (1) 设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期 用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表 示，根据定义可得
第六章 总线系统
6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.4 PCI总线 6.5 ISA总线和Futurebus＋总线
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6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线的基本概念
总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功 能部件之间进行数据传送的公共通路。
根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列 方式等。
功能特性：描述总线中每一根线的功能。 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有
效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从 CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。
时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定
了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无 误地使用。
在当代总线结构中，CPU和它私有的 cache一起作为一个模块与总线相连。系统中 允许有多个这样的处理器模块。而总线控制 器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。
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Hale Waihona Puke 整个总线分成如下四部分： (1) 数据传送总线：由地址线、数据线、控制
线组成 。 (2) 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线 。 (3) 中断和同步总线：用于处理带优先级的中
1. 单总线结构 2. 双总线结构 3. 三总线结构
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1. 单总线结构
在许多单处理器的计算机中，使用一条 单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，
在单总线结构中，要求连接到总线上的 逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需 要使用总线时能迅速获得总线控制权；而当 不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。
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2. 双总线结构
双总线结构保持了单总线系统简单、易 于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门 设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过 专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统 总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与 外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。当 然这种双总线系统以增加硬件为代价。其结 构如下图所示。