第1章-计算机系统的基本构成-完整版
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(完整版)计算机系统结构(课后习题答案)
第一章计算机系统结构的基本概念1.有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N 条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？答：第2级上等效程序需运行：(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i 级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
所以，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推2.硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。
其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
(完整版)计算机系统结构课后习题答案
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
计算机组成与系统结构图文 (1)
⑦ HPCC:利用双精度矩阵乘法、傅立叶变换、并行矩阵 转置等七个子项全面评价系统的性能。
⑧ SAP SD:测试系统的响应时间及每小时完成的订单数， 用以衡量系统同时执行应用程序及数据库的能力。
第1章 绪 论
32
2) SPEC CPU 2000基准测试程序 SPEC成立于1988年，其全称最初是System Performance Evaluation Cooperative(系统性能评估合作社)，现在已经更名 为Standard Performance Evaluation Corporation(系统性能评估 公司),先后开发出一系列的测试程序，其主要版本有SPEC CPU 89、SPEC CPU 92、SPEC CPU 95、SPEC CPU 2000等。
9
1.3 计算机的层次概念
1.3.1 计算机系统的层次结构 计算机系统的层次结构可用图1.2来表示。
第1章 绪 论
10
图 1.2 计算机系统的层次结构
第1章 绪 论
11
1.3.2 计算机系统结构、组成与实现 1. 计算机系统结构 今天的计算机系统结构所指的计算机的属性主要包括: ·数据的表示形式; ·寻址方式; ·内部寄存器组; ·指令集; ·中断系统; ·处理器工作状态及其切换; ·存储系统; ·输入/输出结构; ·信息保护及特权; ·高性能设计等。
解 因为
所以
PA TB 20 4 PB TA TA
即A完成该任务用时5 s。
TA=5 s
第1章 绪 论
28
3. 用测试程序来测评计算机系统性能
1) 基准测试程序 以往对计算机的测试采用过如下几种程序: ① 实际应用程序，即计算机工作的真实程序。 ② 修正的实际应用程序，即对真实程序进行其些修改构
第1章 计算机系统组成部件
1.3.1.4 驱动器接口
接口。 （1）I/O接口。 ） 接口 （2）并口。 ）并口。 （3）串口。 ）串口。 接口。 （4）PS/2接口。 ） 接口 接口。 （5）USB接口。 ） 接口
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计算机的硬件是由电子器件和机电元件装置组 成的， 包括控制器、 运算器、 存储器、 成的 ， 包括控制器 、 运算器 、 存储器 、 输入和 输出设备，这是计算机系统中的物理实体部分。 输出设备 ， 这是计算机系统中的物理实体部分 。 根据其外观特征及功能的不同，可划分为主机、 根据其外观特征及功能的不同 ， 可划分为主机 、 外部设备两大部分。 外部设备两大部分。 主机包括CPU（中央处理器）、主存储器、接 （中央处理器） 主存储器、 主机包括 口电路和总线电路。其中CPU是计算机的心脏， 是计算机的心脏， 口电路和总线电路 。 其中 是计算机的心脏 它的性能强弱能直接决定整个计算机的性能， 它的性能强弱能直接决定整个计算机的性能 ， 是衡量计算机档次的一个重要指标。 是衡量计算机档次的一个重要指标。
第1章 计算机系统组成部件 章
1.1 计算机系统硬件组成 1.2 微处理器 1.3 主板 1.4 内存 1.5 外存储器 1.6 输入系统设备 1.7 显示系统设备 1.8 声卡和音箱 1.9 机箱与电源
1.1 计算机系统硬件组成
通常人们所说的计算机指的是办公室或者家里 用的微型计算机，简称“微机” 又称为“ 用的微型计算机，简称“微机”，又称为“个 人计算机” 即简称PC（ 人计算机”，即简称 （Personal Computer）。 ）。 计算机系统必须由两部分组成：一是硬件 （Hardware），二是软件（Software）。 ） 二是软件（ ）
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1.2.2 CPU的性能指标 的性能指标
计算机组成原理[完整版](罗克露)(全)原版
(全)原版](https://img.taocdn.com/s3/m/3e9704064431b90d6c85c7a0.png)
格式 操作码θ 寄存器号R
S =（ R ）
R所占位数少； 访问R比访问M快
用于访问固定的存储单元或寄存器。
（3）间接寻址 指令给出操作数的间接地址。
存储单元号 (数在M中) 寄存器号 (数在M中)
间址单元 地址指针
M
● 存储器间址
格式 操作码θ 间接地址D
D=0030
0060
... 0060 S ...
尾数规格化：1/2≤ M
＜1 最高有效位绝对值为1
第二节
指令信息的表示
指令：指示计算机执行某类操作的信息的集合。 本节主要讨论：一般指令格式 常用寻址方式 面向用户指令类型 2.2.1 指令格式
指令基本格式 操作码θ
一个
地址码 D
一个或几个
1. 指令字长
定长指令格式 变长指令格式 2. 操作码结构 （1） 定长操作码 各指令θ 的位置、位数固定相同。 便于控制 合理利用存储空间
数据信息 控制信息 数值型数据 非数值型数据 指令信息等
第一节
数据信息的表示
2.1.1 表示数据的大小
二进制、八进制、十六进制、二-十进制
2.1.2 表示数据的符号
原码、补码、反码
2.1.3 表示小数点
定点、浮点
1. 定点表示法 类型
无符号数 00000000 （ 0） 11111111 （255）
例.ADD；
执行前： 执行后：
低 低
SP
10 20 46
SP
高
30 46
高
2.2.2 寻址方式 是指寻找操作数地址或操作数的方式。
1. 常见寻址方式
（1） 立即寻址 指令直接给出操作数。
定长格式：操作码θ 立即数S 变长格式：基本指令 立即数S
S =（ R ）
R所占位数少； 访问R比访问M快
用于访问固定的存储单元或寄存器。
（3）间接寻址 指令给出操作数的间接地址。
存储单元号 (数在M中) 寄存器号 (数在M中)
间址单元 地址指针
M
● 存储器间址
格式 操作码θ 间接地址D
D=0030
0060
... 0060 S ...
尾数规格化：1/2≤ M
＜1 最高有效位绝对值为1
第二节
指令信息的表示
指令：指示计算机执行某类操作的信息的集合。 本节主要讨论：一般指令格式 常用寻址方式 面向用户指令类型 2.2.1 指令格式
指令基本格式 操作码θ
一个
地址码 D
一个或几个
1. 指令字长
定长指令格式 变长指令格式 2. 操作码结构 （1） 定长操作码 各指令θ 的位置、位数固定相同。 便于控制 合理利用存储空间
数据信息 控制信息 数值型数据 非数值型数据 指令信息等
第一节
数据信息的表示
2.1.1 表示数据的大小
二进制、八进制、十六进制、二-十进制
2.1.2 表示数据的符号
原码、补码、反码
2.1.3 表示小数点
定点、浮点
1. 定点表示法 类型
无符号数 00000000 （ 0） 11111111 （255）
例.ADD；
执行前： 执行后：
低 低
SP
10 20 46
SP
高
30 46
高
2.2.2 寻址方式 是指寻找操作数地址或操作数的方式。
1. 常见寻址方式
（1） 立即寻址 指令直接给出操作数。
定长格式：操作码θ 立即数S 变长格式：基本指令 立即数S
计算机组成原理：第一章-计算机系统体系结构
一计算机系统体系结构1.1 什么是计算机体系结构本章的第一个概念是计算机系统(computer system)。
计算机系统包括读取并执行程序的中央处理单元(CPU，保存程序和数据的存储器以及将芯片转换为实用系统的其他子系统。
这些子系统会使CPU与显示器、打印机、Internet等外部设备之间的通信变得更加容易。
•cpu(处理器): 计算机实际执行程序的部分•微处理器: 在单个硅片上实现的CPU•微机: 围绕微处理器构建的计算机计算机的性能既取决于CPU；也取决于其他子系统。
如果不能高效进行数据传输，仅仅提高CPU的性能是毫无意义的。
Figure 1:•信息(程序和数据): 保存在存储器中；计算机会使用不同类型的存储器，达到不同的目的。
–如果不能叫信息保存在正确的存储器，那么CPU的速度再快也将毫无意义–Cache: 保存常用的数据是高速专用的存储器。
–主存: 存放大量的工作数据，断电消失–辅存: 指磁盘等，用于存储海量的数据。
永久存储•组成计算机的各个子系统通过总线连接在一起，数据通过总线从计算机中的一个位置传递到另一个位置。
什么是计算机Figure 2:•输入: 指用户交给计算机的信息•输出: 指计算机返回给用户的信息可编程计算机接收两种类型的输入: 它将要处理的数据，以及准确描述要如何处理输入数据的程序。
程序不过是计算机所执行的完成给定任务的操作序列。
Figure 3:•CPU读程序并完成程序指定的操作。
内部使用寄存器来保存数据•存储器系统保存两类信息:程序，程序处理或产生的数据计算机从存储器中读出指令并执行这些指令(即完成或执行指令定义的动作)。
执行指令时，可能要从存储器中读出数据，对数据进行操作，将数据写回存储器。
寄存器是CPU内部用来存放数据的存储单元。
时钟提供了脉冲流,所有内部操作都在时钟脉冲的触发下进行。
时钟频率是决定计算机速度的一个因素程序执行过程Figure 4:CPU先读取一条指令；在CPU分析或解码指令；从存储器中读出这条指令所需的所有数据。
第1章 计算机基础知识--计算机系统组成
微型机的硬件系统组成
微型机和PC机的概念
微型机使用微处理器，结构紧凑、功能齐全、使用广泛。 PC(Personal Computer)简称“个人计算机”，习惯上称为PC机。 PC机是微型机的一种, 是目前使用人数最多、应用范围最广泛的微型机。 PC机包括台式机和笔记本电脑。
台式机
ROM
计算机的基本结构和工作流程
外部存储器
目前主要有磁盘驱动器（包括软盘驱动器和硬盘驱
动器）和光盘驱动器。
软盘驱动器
硬盘驱动器
光盘驱动器
计算机的基本结构和工作流程
内部存储器与外部存储器的比较
内部存储器 访问速度快 暂时性 容量小 价高 外部存储器 访问速度慢 永久性Байду номын сангаас
容量大
价低
计算机的基本结构和工作流程
目前常用的3英寸硬盘转速一般在5400～7200 转/分钟之间。存储容量有160GB-2TB不等。
微型机的硬件系统组成
CD-ROM光盘驱动器
CD-ROM光盘驱动器就是只读光盘存储器，
它可以读取CD-ROM光盘片上存储的数据。
存储介质是CD-ROM光盘片，由3层结构构 成：基层、反射层和保护膜层。
计算机的系统组成
计 算 机 系 统
硬 件
计算机 实体部 件 系统 软件 应用 软件
硬件：有形的物理设备，是指构 成计算机的所有实体部件集合
软 件
软件：硬件上运行的各种程序和 文档的总和。
计算机的基本结构和部件的功能
冯· 诺依曼式计算机硬件系统主要由五部分组成：
1 2 3 4 5
运算器
存储器 控制器
针式打印机具有打印成本低，可打印连续的穿孔纸和多层纸
第1章__计算机系统基础
36
1.3.2 指令和指令系统
指令：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。
指令组成：操作码+操作数 指令系统：一台计算机所有指令的集合，包
括数据传送指令，数据处理指令，程序控制 指令，输入/输出指令和其他指令。
37
1.3.2 指令和指令系统
指令的执行：主要由“取指令”，“指令译码”， “指令执行”，“结果写回”四种基本操作构成， 这个过程不断重复进行。
超级计算机集群“红杉”（Sequoia）
21
1.2.2 大型计算机
我国国防科技大学研制的“天河1号”计算机， 2010年11月排名世界500强计算机第1名
“天河1号”计算机性能：
2560个计算节点，6144个3.0GHz的Intel Xeon处理 器，2560片显卡，内存总容量为98TB
点对点通信带宽：40Gbit/s 峰值计算速度：每秒钟2570万亿次。
49
1.4.2 CPU系统
CPU的组成
50
1.4.2 CPU系统
英特尔公司CPU产品
酷睿（Core）系列，主要用于台式微机和笔记本 微机。
至强（Xeon）系列，主要面向PC服务器。 凌动（Atom）系列，主要用于平板微机。
51
1.4.2 CPU系统
CPU技术性能
系统结构，指令系统，处理字长，工作频率，高 速缓存容量，加工线路宽度，工作电压等。
（2）硬盘 机械硬盘和电子硬盘（SSD）
63
1.4.4 存储系统
机械硬盘和电子硬盘的比较
64
1.4.4 存储器系统
硬盘容量
320GB，500GB，1TB，2TB或更高。
硬盘尺寸
3.5英寸、2.5英寸等。
1.3.2 指令和指令系统
指令：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。
指令组成：操作码+操作数 指令系统：一台计算机所有指令的集合，包
括数据传送指令，数据处理指令，程序控制 指令，输入/输出指令和其他指令。
37
1.3.2 指令和指令系统
指令的执行：主要由“取指令”，“指令译码”， “指令执行”，“结果写回”四种基本操作构成， 这个过程不断重复进行。
超级计算机集群“红杉”（Sequoia）
21
1.2.2 大型计算机
我国国防科技大学研制的“天河1号”计算机， 2010年11月排名世界500强计算机第1名
“天河1号”计算机性能：
2560个计算节点，6144个3.0GHz的Intel Xeon处理 器，2560片显卡，内存总容量为98TB
点对点通信带宽：40Gbit/s 峰值计算速度：每秒钟2570万亿次。
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1.4.2 CPU系统
CPU的组成
50
1.4.2 CPU系统
英特尔公司CPU产品
酷睿（Core）系列，主要用于台式微机和笔记本 微机。
至强（Xeon）系列，主要面向PC服务器。 凌动（Atom）系列，主要用于平板微机。
51
1.4.2 CPU系统
CPU技术性能
系统结构，指令系统，处理字长，工作频率，高 速缓存容量，加工线路宽度，工作电压等。
（2）硬盘 机械硬盘和电子硬盘（SSD）
63
1.4.4 存储系统
机械硬盘和电子硬盘的比较
64
1.4.4 存储器系统
硬盘容量
320GB，500GB，1TB，2TB或更高。
硬盘尺寸
3.5英寸、2.5英寸等。
第1章-计算机系统结构(第五版)李学干
(3) 程序访问的局部性定律。
程序访问的局部性包括了时间上和空间上的两个局部
性。时间上的局部性指的是现在正使用的信息可能不久还 要使用，这是因为程序存在着循环。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
1.3.3 计算机系统设计的主要任务和方法
1. 计算机系统设计的主要任务
(1) 要弄清其应用领域是专用的还是通用的。 (2) 要弄清软件兼容是放在哪级层次。
格比。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
图 1 - 4 计算机系统的软、硬件功能分配比例
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发 原则1 应考虑在现有硬件、器件(主要是逻辑器件和存储器件)条
件下，系统要有高的性能价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要
求来综合考虑。
假定某计算机系统生产了V台。每台计算机用硬件实现的费用为 Dh/V+Mh，若改用软件实现则为C×Ds/V+R×Ms。只有当
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
1.1 计算机系统的层次结构 1.2 计算机系统结构、计算机组成和计算机实现 1.3 计算机系统的软、硬件取舍和性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件的发展对系统结构的影响
1.5 系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类
1.6 本章小结
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
次数可以不同。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
图 1-1 计算机系统的多级层次结构
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
对使用某一级语言编程的程序员来讲，只要熟悉和遵守 该级语言的使用规定，所编程序总是能在此机器上运行并得 到结果，而不用考虑这个机器级是如何实现的。 就目前的状况来看，M0 用硬件实现，M1 用微程序(固
程序访问的局部性包括了时间上和空间上的两个局部
性。时间上的局部性指的是现在正使用的信息可能不久还 要使用，这是因为程序存在着循环。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
1.3.3 计算机系统设计的主要任务和方法
1. 计算机系统设计的主要任务
(1) 要弄清其应用领域是专用的还是通用的。 (2) 要弄清软件兼容是放在哪级层次。
格比。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
图 1 - 4 计算机系统的软、硬件功能分配比例
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发 原则1 应考虑在现有硬件、器件(主要是逻辑器件和存储器件)条
件下，系统要有高的性能价格比，主要从实现费用、速度和其他性能要
求来综合考虑。
假定某计算机系统生产了V台。每台计算机用硬件实现的费用为 Dh/V+Mh，若改用软件实现则为C×Ds/V+R×Ms。只有当
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
1.1 计算机系统的层次结构 1.2 计算机系统结构、计算机组成和计算机实现 1.3 计算机系统的软、硬件取舍和性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件的发展对系统结构的影响
1.5 系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类
1.6 本章小结
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
次数可以不同。
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
图 1-1 计算机系统的多级层次结构
第 1 章 计算机系统结构基础及并行性的开发
对使用某一级语言编程的程序员来讲，只要熟悉和遵守 该级语言的使用规定，所编程序总是能在此机器上运行并得 到结果，而不用考虑这个机器级是如何实现的。 就目前的状况来看，M0 用硬件实现，M1 用微程序(固
第1章 计算机基础
（5）人工智能
人工智能由英国著名科学家图灵提出，被认为是21世纪的三大尖端技术之一。 人们为纪念图灵在计算机领域的卓越贡献而专门设立了“图灵奖”。
（6）网络应用
计算机技术与现代通信的结合造就了计算机网络，它使人际交流跨越了时间和
空间的障碍，已成为建立信息社会的物质基础。
（7）多媒体技术
多媒体技术是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息 综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。
1.2.2 计算机硬件系统
2．微型计算机的硬件系统
（3）总线
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，通过它实现计
算机各部件之间的数据、地址和控制信息的传送。总线与微机各部件之间的关 系如图1-5所示。
1.2.2 计算机硬件系统
2．微型计算机的硬件系统
（4）外存储器
外存储器简称外存或辅存，属于外部设备，是对内存的扩充。外存具有存
2．光子计算机
光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的 新型计算机。
3．分子计算机
分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大，其运算过程是蛋白质分 子与周围介质相互作用的过程。
4．纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机，它几乎不耗费任何能 源，性能要比今天的计算机强大许多倍。
④光盘存储器：光盘存储器由光盘驱动器（简称光驱）和光盘组成。
1.2.2 计算机硬件系统源自2．微型计算机的硬件系统（5）输入设备
①键盘
– 键盘的常用键位及功能见表1-2。 – 键盘的正确指法和操作方法，并进行指法练习。 – 按〈Ctrl+Space Bar〉组合键，可以启动或关闭中文输入法；按 〈Ctrl+Shift〉组合键，能够在输入法间切换。 – 单击中文输入法指示器中的全角/半角切换按钮（或按〈Shift +Space Bar〉 组合键），可以实现半角和全角切换。
人工智能由英国著名科学家图灵提出，被认为是21世纪的三大尖端技术之一。 人们为纪念图灵在计算机领域的卓越贡献而专门设立了“图灵奖”。
（6）网络应用
计算机技术与现代通信的结合造就了计算机网络，它使人际交流跨越了时间和
空间的障碍，已成为建立信息社会的物质基础。
（7）多媒体技术
多媒体技术是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息 综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。
1.2.2 计算机硬件系统
2．微型计算机的硬件系统
（3）总线
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，通过它实现计
算机各部件之间的数据、地址和控制信息的传送。总线与微机各部件之间的关 系如图1-5所示。
1.2.2 计算机硬件系统
2．微型计算机的硬件系统
（4）外存储器
外存储器简称外存或辅存，属于外部设备，是对内存的扩充。外存具有存
2．光子计算机
光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的 新型计算机。
3．分子计算机
分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大，其运算过程是蛋白质分 子与周围介质相互作用的过程。
4．纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机，它几乎不耗费任何能 源，性能要比今天的计算机强大许多倍。
④光盘存储器：光盘存储器由光盘驱动器（简称光驱）和光盘组成。
1.2.2 计算机硬件系统源自2．微型计算机的硬件系统（5）输入设备
①键盘
– 键盘的常用键位及功能见表1-2。 – 键盘的正确指法和操作方法，并进行指法练习。 – 按〈Ctrl+Space Bar〉组合键，可以启动或关闭中文输入法；按 〈Ctrl+Shift〉组合键，能够在输入法间切换。 – 单击中文输入法指示器中的全角/半角切换按钮（或按〈Shift +Space Bar〉 组合键），可以实现半角和全角切换。
第1章 计算机系统概述
令和控制信息，控制各部件协调工作。
2．运算器 运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件
，经常进行的运算是算术运算和逻辑运算。
息的存储和交流的中心。 4．输入设备 输入设备用于输入原始数据和程序等信息。 常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机 等。
3．存储器 存储器用来存储程序和数据，是计算机各种信
5．输出设备 输出设备用于输出计算结果和各种有用信息
第13页 2012年6月11日星期一
第1章
计算机系统概述
1982年采用大、中规模集成电路研制成16位 的DJS-150机。 1983年国防科技大学推出向量运算速度达一亿 次的银河I巨型计算机。1992年向量运算速度达10亿 次的银河Ⅱ投入运行。1997年银河Ⅲ投入运行，速 度为130亿次每秒，内存容量为9.15GB。 1999年具有世界水平的大规模并行计算机系统 神威I号研制成功，其最高运算速度达每秒3840亿次 浮点运算。 2002年，国内第一台万亿次超级计算机——联 想深腾诞生。
（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输 入设备、输出设备五大部件构成。
（2）采用存储程序的方式，将程序和数据放 在同一存储器中，参加运算。 （3）采用二进制码表示数据和指令。 （4）指令由操作码和地址码组成。
（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储 器间的数据传送都通过运算器。
第6页 2012年6月11日星期一
第15页 2012年6月11日星期一
第1章
2. 按用途分类：
计算机系统概述
通用计算机 ：功能齐全、通用性强 ；
专用计算机 ：功能单一、可靠性高，作为军 事、工业控制等方面的专用设 备；
一般所讲的计算机都是通用计算机 。
3. 按计算机的规模分类： 巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。
2．运算器 运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件
，经常进行的运算是算术运算和逻辑运算。
息的存储和交流的中心。 4．输入设备 输入设备用于输入原始数据和程序等信息。 常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机 等。
3．存储器 存储器用来存储程序和数据，是计算机各种信
5．输出设备 输出设备用于输出计算结果和各种有用信息
第13页 2012年6月11日星期一
第1章
计算机系统概述
1982年采用大、中规模集成电路研制成16位 的DJS-150机。 1983年国防科技大学推出向量运算速度达一亿 次的银河I巨型计算机。1992年向量运算速度达10亿 次的银河Ⅱ投入运行。1997年银河Ⅲ投入运行，速 度为130亿次每秒，内存容量为9.15GB。 1999年具有世界水平的大规模并行计算机系统 神威I号研制成功，其最高运算速度达每秒3840亿次 浮点运算。 2002年，国内第一台万亿次超级计算机——联 想深腾诞生。
（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输 入设备、输出设备五大部件构成。
（2）采用存储程序的方式，将程序和数据放 在同一存储器中，参加运算。 （3）采用二进制码表示数据和指令。 （4）指令由操作码和地址码组成。
（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储 器间的数据传送都通过运算器。
第6页 2012年6月11日星期一
第15页 2012年6月11日星期一
第1章
2. 按用途分类：
计算机系统概述
通用计算机 ：功能齐全、通用性强 ；
专用计算机 ：功能单一、可靠性高，作为军 事、工业控制等方面的专用设 备；
一般所讲的计算机都是通用计算机 。
3. 按计算机的规模分类： 巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。
计算机01组成原理第一章PPT
史准确无误地验证着
系统结构
基本概念
1.1 计算机的发展与应用
计算机从总体上来说分为两大类:
模拟计算机和数字计算机。
各自主要特点： 模拟计算机由模拟运算器件构成，其变量由连续量 （如：电压、电流等）来表示，运算过程也是连续的
数字计算机则是由逻辑电子器件构成，其变量为开 关量（离散的数字量），采用数字式按位运算，运算 模式是离散式的
系统结构
基本概念
国际TOP500组织本月 2015年7月13日在德国举 行的 2015 年国际超级计算机大会上发布全球超 级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以 每秒3.386万万亿次的浮点运算速度第五次蝉联 冠军。该计算机由国防科技大学与中国的IT公司 浪潮合作制造。天河二号包含16000个计算机节 点，其中每个节点都包含两个 Intel Ivy Bridge Xeon处理器和三个Xeon Phi高性能计算卡。
系统结构
基本概念
冯·诺依曼
20 世纪 30 年代中期，冯·诺依曼大胆
的提出 : 抛弃十进制，采用二进制作为 数字计算机的数制基础。同时，他还说: 预先编制计算程序，然后由计算机来按 照人们事前制定的计算顺序来执行数值 计算工作。
系统结构
基本概念
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机， 必须具有如下功能：
灵测验”。
系统结构
基本概念
阿兰·图灵（Alan Turing）
1945年，图灵被调往英国国家物理研究所工作。他
结合自己多年的理论研究和战时制造密码破译机的
经验，起草了一份关于研制自动计算机器（ACE： Automatic Computer Engine ）的报告，以期实 现他曾提出的通用计算机的设计思想。图灵预言， 总有一天计算机可通过编程获得能与人类竞争的智
系统结构
基本概念
1.1 计算机的发展与应用
计算机从总体上来说分为两大类:
模拟计算机和数字计算机。
各自主要特点： 模拟计算机由模拟运算器件构成，其变量由连续量 （如：电压、电流等）来表示，运算过程也是连续的
数字计算机则是由逻辑电子器件构成，其变量为开 关量（离散的数字量），采用数字式按位运算，运算 模式是离散式的
系统结构
基本概念
国际TOP500组织本月 2015年7月13日在德国举 行的 2015 年国际超级计算机大会上发布全球超 级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以 每秒3.386万万亿次的浮点运算速度第五次蝉联 冠军。该计算机由国防科技大学与中国的IT公司 浪潮合作制造。天河二号包含16000个计算机节 点，其中每个节点都包含两个 Intel Ivy Bridge Xeon处理器和三个Xeon Phi高性能计算卡。
系统结构
基本概念
冯·诺依曼
20 世纪 30 年代中期，冯·诺依曼大胆
的提出 : 抛弃十进制，采用二进制作为 数字计算机的数制基础。同时，他还说: 预先编制计算程序，然后由计算机来按 照人们事前制定的计算顺序来执行数值 计算工作。
系统结构
基本概念
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机， 必须具有如下功能：
灵测验”。
系统结构
基本概念
阿兰·图灵（Alan Turing）
1945年，图灵被调往英国国家物理研究所工作。他
结合自己多年的理论研究和战时制造密码破译机的
经验，起草了一份关于研制自动计算机器（ACE： Automatic Computer Engine ）的报告，以期实 现他曾提出的通用计算机的设计思想。图灵预言， 总有一天计算机可通过编程获得能与人类竞争的智
计算机应用基础全套ppt电子课件教案完整版
硬盘片 读写磁头
硬盘使用注意事项
⑴ 保持使用环境的清洁 ⑵ 避免震动与冲击 ⑶ 避免频繁开关电源
可移动硬盘
“优盘”是一种可读写的半导体存储 器——闪速存储器（Flash Memory）。 性能指标：可擦写次数100万次以上， 可保存10 年，存取速度比软盘快15倍， 容量在16MB ~ 1GB，可望达到10GB以 上。
4、输入设备
输入设备是用来接收用户提供给计算机的原始数据，如 文字、图形、图像、声音等。常用的输入设备有键盘、 鼠标、扫描仪、光笔等。
5、输出设备
输出设备用于将存放在内存中由计算机处理 的结果以人们能接受的形式输出。常用的输 出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
三、计算机的软件系统
计算机软件是指在计算机上运行的程序及其使用和维 护的文档。计算机软件分为系统软件和应用软件 1：系统软件 系统软件主要用于计算机系统内部的管理、控制和 维护计算机的各种资源的软件。如Windows XP操作 系统及其中的设备驱动程序等。 2、应用软件 应用软件是指计算机提供相应指令并实现某种用途 的软件，它们是为解决各种实际问题而专门设计的 程序。
二：计算机的产生和发展
1、计算机的产生
世界上第一台计算机产生的时间、地点、名称
2、计算机的发展 计算机的发展阶段、时间、电子器件
根据计算机采用的电子器件，计算机的发展 分为四个阶段
发展阶段
电子器件
软件
应用领域
第一代（1946年- 电子管 1958年）
机 器 语 言 、 汇 军事与科研 编语言
键盘 鼠标 扫描仪 数码照相机 数码摄像机 触摸屏
一、 键盘 键盘是PC机基本的系统部件之一，是主要的
输入设备。通过键盘可以向PC机发布操作命令或输入数据。
计算机系统结构 第 1 章 基本概念
26
Flynn计算机分类举例
类型 SISD SIMD
计算机的型号 IBM 370，VAX 11/780，MC 680X0，INTEL 80X86
ILLIAC-IV，ICL-DAP，CRAY-1， YH-1（银河1），CYBER-205， CM-2 MIMD IBM 370/168，Cmmp,CRAY XMP,YH-2(银河2)
• 对于系统程序员，系统结构是不透明的，组成 和实现是透明的； • 对于应用程序员(一般指高级应用程序员)，系 统结构、组成和实现均是透明的
2014-3-7 19
• 例：某机主存容量为32MB ——系统结构问题 • 采用模4交叉存储方式——组成问题 • 使用1M×4位的存储芯片组装——实现问题。
• 例：某机设有乘法指令——系统结构问题 • 采用布斯乘法算法和阵列乘法器实现乘法 运算——组成问题 • 选用4位阵列乘法器芯片组装——实现问题
计算机组成
• 1.计算机组成的定义
• 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实 现。包括机器内部的数据流、控制流的 形成与逻辑设计。
• 计算机组成的内容对机器语言程序员一 般是透பைடு நூலகம்的。
2014-3-7
16
2.计算机组成的主要内容
• • • • • • • • • (1)数据通路宽度 组 (2)功能部件的设置 成 (3)系统内部并行性的确定 原 (4)各种操作对功能部件的共享程度 理 (5)可靠性技术的应用 (6)缓冲、排队、预估、预测技术的应用的 (7)存储器逻辑组织方式及速度的确定 总 (8)控制器的逻辑结构及组成方式 结 (9)功能部件的互连方式及总线结构
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2.
• • • • • • • • •
Flynn计算机分类举例
类型 SISD SIMD
计算机的型号 IBM 370，VAX 11/780，MC 680X0，INTEL 80X86
ILLIAC-IV，ICL-DAP，CRAY-1， YH-1（银河1），CYBER-205， CM-2 MIMD IBM 370/168，Cmmp,CRAY XMP,YH-2(银河2)
• 对于系统程序员，系统结构是不透明的，组成 和实现是透明的； • 对于应用程序员(一般指高级应用程序员)，系 统结构、组成和实现均是透明的
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• 例：某机主存容量为32MB ——系统结构问题 • 采用模4交叉存储方式——组成问题 • 使用1M×4位的存储芯片组装——实现问题。
• 例：某机设有乘法指令——系统结构问题 • 采用布斯乘法算法和阵列乘法器实现乘法 运算——组成问题 • 选用4位阵列乘法器芯片组装——实现问题
计算机组成
• 1.计算机组成的定义
• 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实 现。包括机器内部的数据流、控制流的 形成与逻辑设计。
• 计算机组成的内容对机器语言程序员一 般是透பைடு நூலகம்的。
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2.计算机组成的主要内容
• • • • • • • • • (1)数据通路宽度 组 (2)功能部件的设置 成 (3)系统内部并行性的确定 原 (4)各种操作对功能部件的共享程度 理 (5)可靠性技术的应用 (6)缓冲、排队、预估、预测技术的应用的 (7)存储器逻辑组织方式及速度的确定 总 (8)控制器的逻辑结构及组成方式 结 (9)功能部件的互连方式及总线结构
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2.
• • • • • • • • •
计算机应用基础第章
4 了解中央处理器(CPU)、运算器、控制器、存储器、输入/输出设备的基
பைடு நூலகம்
本功能；
5 初步掌握RAM、ROM的概念及存储信息上的区别；
6 掌握二、八、十、十六
进制数制的概念、特点及表示方法，熟练
进行二、八、十、十六进制数之间的换算；
7 掌握计算机中常用术语(位、字节、字、字长)的概念，并能熟练的进行
单位间的换算(包括:KB、MB、GB、TB)。
十进制数的10-15。十六进制计数特点及进位原则是“逢十六进一”。
1.2.2 各种数制间的转换
v 二进制、八进制、十六进制与十进制的互换
l二进制数转换成十进制数
转换的方法是“按权展开相加”，即利用下式进行:
1.2.2 各种数制间的转换
v 二进制、八进制、十六进制与十进制的互换
l十进制数转换成二进制数
1.2.2 各种数制间的转换
v 二进制、八进制、十六进制与十进制的互换
l十进制数转换成十六进制数
方法是：整数部分转换采用“除16取余法”；小数部分转 换采用“乘16取整法”。
1.2.2 各种数制间的转换
v 非十进制数之间的相互转换
l二进制数转换为八进制数
1.2.2 各种数制间的转换
v 非十进制数之间的相互转换
1.1 电子计算机概述
1.1.1 电子计算机的诞生和发展 1.1.2 电子计算机的特点及其应用
1.1.1 电子计算机的诞生和发展
v 1．第一代计算机:电子管计算机(1946年～1958年)
l逻辑元件：电子管； l存储介质：磁鼓、磁芯； l程序设计语言：机器语言和汇编语言； l运算速度：每秒数千次到万次；
l特点：其体积缩小，功耗减小，可靠性提高，运算速度加快，内存容量扩 大到几十万字节。 l应用：主要应用延伸到气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究领域 。 lIBM公司自1958年起相继开发的IBM7000系列计算机是这一代计算机的主 流产品。
第一章 计算机基础知识(二)(计算机系统组成)
输入设备——键盘
键盘是计算机最常用的输入设备之一，其作用是向计算机输入命令，数据和程序，通常配合显 示器使用。 键盘由一组按阵列方式排列在一起的按键组成。键盘内装有自己的微处理器（一般是单片机）， 有通断和译码功能，根据所击的键进行译码，转换成相应的机内码，送到内存和显示器。 目前大多数PC配备101键或103键标准键盘。
（FLASH芯片、DRAM芯片）而制成的硬盘。其存取速
度快，抗震性能好，但寿命偏短，容量偏小，价格偏高， 目前应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网 络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。
固态硬盘
机械式硬盘
微型机的硬 件系统组成
现代硬盘的雏形产生于1956年，是IBM生产的IBM 350 ，它相当于两个冰箱的体积，其储存容量只有 5MB。1973年IBM 3340问世，它拥有“温彻斯特”这 个绰号，也称温盘。这是今天硬盘的祖先。
常用键功能
25
第一款键盘： QWERTY键盘 1868年：美国新闻工作者克里斯托夫•肖尔斯（C.Sholes）发明了沿用至今 的QWERTY键盘 。
1873年使用此布局的第一台商 用打字机成功投放市场。这就 是为什么有今天键盘的排列方 式。
输入设备——鼠标
鼠标分有线和无线两种，鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便快捷，来代替键盘输入繁 琐的指令。因形似老鼠而得名“鼠标”。 鼠标可按键数分为两键鼠标、三键鼠标、五键鼠标和新型的多键鼠标
记录面数×磁道数/面×扇区数/道×字节数/扇区
目前常用的3英寸硬盘转速一般在5400～7200转/分钟之间。
存储容量可达10TB。 硬盘的磁道、扇 区示意图
0 1 2… i光盘
《计算机组成原理》(周建敏)414-9课件 第一章
（4）指令由操作码和地址码组成， （5）指令在存储器内按顺序存放。 （6）早期的冯·诺依曼机以运算器
操作码用来表示操作的性质，地 通常是顺序执行，特定条件下，可 为中心，输入/输出设备通过运算
址码用来表示操作数在存储器中 根据运算结果或根据设定的条件改 器与存储器传送数据。
的位置。
变执行顺序。
计算机硬件的基本构成
学习目标
计算机硬件的基本知识，要
求达到“领会”层次
02
04 计算机系统层次结构，要
求达到“领会”层次
第3页
01 计算机的发展历程，要求达到 “领会”层次
03 计算机软件的概念，要求 达到“识记”层次
05 计算机的性能指标，要求达 到“简单应用”层次
目录
1.1 计算机的发展历程 1.2 计算机硬件的基本构成 1.3 计算机软件
典型的冯·诺依曼机结构如图所示。 控制信号
输入 设备
第16页
控制器
运算器 数据Βιβλιοθήκη 存储器指令输出 设备
计算机硬件的基本构成
1.2.2 现代计算机的组织结构
现代计算机已经发展为 以存储器为中心，使输入/输 出操作尽可能绕过CPU，直接 在输入/输出设备和存储器之 间完成，以提高系统的整体运 行效率，其结构如图所示。
计算机组成原理
Principles of Computer Organization
本章导读
计算机系统由硬件和软件两部分组成。其中，硬件部分包括运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备5大功能部件，它们通过总线相互连 接成一个完整的硬件系统；软件部分包括系统软件和应用软件。本章将 介绍计算机系统中的一些基本概念，目的在于为读者学习后续章节打下 坚实的基础。
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运算器
运算器是完成运算功能的部件。
运算器中有一个算术逻辑单元（ALU）， 它执行各种数据运算操作。
算术运算：加、减、乘、除、数据格式转 换。
ALU
逻辑运算：按位对数据进行与、或、非、
控制信号
移位等运算。
ALU是一个多功能的运算电路，进行何种
运算取决于由控制器发出的控制信号。
运算结果
缺点：所有设备都连在一组总线上，总线 只能分时工作，使数据传输量受限。
AB
CPU
RAM
ROM
I/O接口 IO设备
IO设备
DB CB
面向CPU的双总线结构
输入输出（I/O）总线
CPU
I/O接口 I/O接口
存储总线
I/O接口
主存
IO设备
IO设备
IO设备
通过存储总线使CPU对主存进行读/写操作。通过I/O总线让CPU与I/O设备 进行数据交换。
(1) DMA (Direct Memory Access)方式的提出
中断方式仍很费时，无法实现大容量的快速数据交换。
每进行一次传送，CPU都要执行一次中断服务程序，且都要保 护和恢复断点，及保护现场等。这些操作与数据传送并无直 接联系，但很费时。
1.3 计算机系统的历史与发展
1.1 计算机的基本构成
输入
存储器 运算器
控制器
数据线路 控制信号
输出
微型计算机
以微处理器为核心 配上由大规模集成电路的存储器
（ROM/RAM）、输入／输出接口（I/O）电 路及系统总线（BUS）等所组成的计算机。 将这些组成部分集成在一片超大规模集成电 路芯片上则构成单片微型计算机
第1章 计算机系统概论
计算机的基本构成 计算机的系统结构 计算机的发展历史 数据编码和数据运算 嵌入式系统简介
第1节 计算机系统的基本构成
1.1 计算机的基本构成
运算器 存储器 控制器 系统连接 输入输出设备
1.2 计算机软件概述
软件的分类 操作系统的概念 计算机语言及其编译
优点：提高了微机系统数据传输效率。 缺点：外设和主存之间没有直接通路，要通过CPU进行信息交换，降低了
CPU的工作效率
面向主存的双总线结构
I/O总线
CPU
主存
存 储 总 线
I/O接口
IO设备
结合了以上2种结构的特点。 提高了信息传送效率，同时 也不降低CPU的工作效率。
I/O接口
IO设备
程序控制方式
程序查询 中断
直接存储器访问(DMA)方式 通道方式
程序控制方式
程序查询
启动外设
读外设状态
N
Ready?
Y 传送数据
N
完成?
Y
中断方式
基本概念
在发生了一个外部的事件时调用相应的处理程序的过程
中断服务程序
中断服务程序与中断时CPU正在运行的程序是相互独立的
微型计算机的性能指标
主频：计算机的晶振，反映时钟周期的大小。 字长：CPU的数据位数，反映CPU并行处理能力。 内存容量 存取周期 响应时间：用户向计算机系统发出一个请求后，到系统
对该请求做出响应并获得其结果所需的等待时间。 吞吐率：系统响应用户请求的速率。 运算速度
MIPS（Million Instruction Per second)：反映计算机 每秒可执行的指令数。
ALU由2个输入端，可同时输入两个参加 运算的数据。
在运算器中有若干个临时存放数据的寄存 器，用于存储最频繁使用的数据。
存储器
CPU
辅
高
主
助
速
存
存
缓
储
储
存
器
器
高速缓存：Cache 主存储器（内存）：（RAM+ROM） 辅助存储器（外存）：磁盘、U盘、磁带、光盘等。
存储器内的数据
串行总线：用一条数据线进行数据传输。 并行总线：一般有8位、16位、32位、64位总线。
主板
背板
背板总线与机箱
功能特性
按功能层次 芯片级总线：CPU芯片内部的总线，也称 内部总线。 板级总线：连接CPU、主存和I/O接口等 模块，也称局部总线。 系统级总线：连接系统中的各个功能模块。
双字 四倍字
存储器
字数：存储器的地址范围
所需要的地址总线
位数：存储器的数据范围
所需要的数据总线
通常带地址的存储器基本单元 都是1Byte（8bit）的数据容量
0005H 0004H 0003H 0002H
0001H 0000H
存储器组织 如系统所需的存储器： 数据位数超过存储芯
8位
8MB
000002
000001
000000
32位
D1 5~D 8
D7~D0
FFFFFF
FFFFFE
FFFFFD
FFFFFC
FFFFFB
……
8位
8MB
000007
FFFFFA
……
8位
8MB
000006
FFFFF9 …… 000005
8位 8MB
FFFFF8 …… 000004
8位 8MB
000003
按资源类型 处理器总线（系统总线）：连接处理器、 主存与外设。
) 面向单处理器的和面向多处理器的。
输入输出总线：连接主机与外围设备。
电气特性
数据传输方向
单工：单向传输总线。 双工：双向传输总线。
) 半双工：只能在两个方向上轮流传输信息。 ) 全双工：可在两个方向上同时传输信息。
) 总线从设备：只能等待启动命令的被动型设备。
总线的分类
可按以下特性来对总线进行 分类：
物理特性 功能特性 电气特性
物理特性
按连线的类型
电缆式：通常采用扁平电缆连接线路板。 主板式：在主机板上采用插槽方式供功能板插入。 背板式：在机箱中设置一个专门的总线插槽板。
按连线的数量
输入输出设备
输出设备
显示器 打印设备 绘图仪
输入设备
键盘 鼠标器
外存储设备
基本的输入输出方式
输入输出设备的寻址
统一编址法
) 存储器映像的外设寻址 ) 将接口中的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器和内存
单元一样看待 ) 接口与存储器采用不同的地址 ) 可以利用访存指令进行输入输出操作
控制器不断地从存储器中读取指令，然后分析指令 的含义（译码），并执行该指令的操作，执行完成 以后又从存储器中读取下一条指令。
控制器—程序
一条计算机指令的功能是有限的，完成复杂的运算 功能需要将多条指令组合起来构成一个指令序列。 这样的一个完成某种功能的指令序列成为程序。
指令在计算机中用二进制的代码（机器码）表示， 以便于硬件的识别。
000002
000001
000000
D31~D24
D23~D15
D15~D8
D7~D0
控制器—指令
控制器在计算机指令的控制下进行工作。 计算机指令是一种经过编码的操作命令。
它指定需要进行的操作，支配计算机中信息的传递 以及计算机与I/O设备间的传递。
控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求指 挥所有其它部件的工作，为此它根据指令生成一系 列时序控制信号，控制其它单元工作。
中断服务程序
中断屏蔽
多重中断
– 中断服务程序也可以 被中断
– 中断嵌套
实现方法
– 给CPU及中断请求都 设置优先级
– 多级中断
多重响应过程 ① 关中断 ② 保存现场 ③ 识别中断 ④ 形成服务程序入口地址 ⑤ 开中断 ⑥ 执行服务程序 ⑦ 关中断 ⑧ 恢复现场 ⑨ 开中断
直接存储器存取 (DMA)
微型计算机系统的构成
微型计算机系统 (μCS)
微型计算机 （ μC ）
微处理器 （μP）
运算器（ALU) 控制器
内存储器 寄存器
输入/输出接口
输入/输出设备及外存储器 系统软件 应用软件 电源、面板、机架等
计算机的硬件结构
存储地址 0 1 2 3 4
M-3 M-2 M-1
数据字
…
ALU（运算器） 存储器（读、写、访问） 容量（字、字节） 字长 指令 程序 CPU 主机 总线
定时特征 (clocking)
同步：数据传输速率是固定的。 异步：数据传输速率是可变的。
系统总线-简单的总线结构
地址总线 Address Bus
CPU用来向存储器或I/O端口传送地址 单向
由CPU发出
位数n决定了CPU可直接寻址的内存容量
2n
数据总线 Data Bus
ISA总线
62+36芯 16位 8M/s
VESA总线
116芯 32/64位
PCI总线
124芯 32/64位 132-264M/s
总线结构
单总线结构 双总线结构
面向CPU 面向主存
单总线结构
各模块之间的信息传递都通过单总线进行。 优点：控制简单，易于扩充配置I/O设备。
位bit
计算机所能表示的最小最基本的数据单位
取值只能为0或1的一个二进制数值位
记作b
字节byte
由8个位二进制位组成
用作计算存储容量的单位
是所有存储器的基本存储数据单元。
记作B
1KB = 1024B
10101010
1MB = 1024KB