1 计算机系统结构的基本知识
计算机体系结构的基本概念
长春理工大学计算机学院 高培成 gpc@ 2007.9
第一章 计算机体系结构的基本概念
1.1 引 言
1. 计算机性能的高速增长受益于：
电路技术的发展
体系结构技术的发展
2. 体系结构的重要性
3. 基于微处理器的系统
高培成
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第一章 计算机体系结构的基本概念
系统加速比 =
系统性能 改进后 系统性能 改进前
=
总执行时间 改进前 总执行时间 改进后
系统加速比依赖于两个因素：
可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的 比例，它总是小于等于１的。 例如: 一个需运行60秒的程序中有20秒的运算 可以加速，那么该比例就是20/60。
1.5 定量分析技术基础
1.2
计算机体系结构的概念
1.2.1 计算机系统中的层次概念
1. 计算机系统＝软件＋硬件/固件
2. 计算机语言由低级向高级发展
高一级语言的语句相对于低级语言功能更强， 更便于应用，但又都以低级语言为基础。 3. 从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成 多级层次结构。
高培成
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第 6 级：应用语言虚拟机
高培成
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1.3 计算机体系结构的发展
4.根据当前的计算机应用市场的现状和价格特征， 通常把计算机分为服务器、桌面系统和嵌入式计
算三大领域。
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1.3 计算机体系结构的发展
5. 新型体系结构的设计 (1) 合理地增加计算机系统中硬件的功能比例， 这种体系结构对操作系统、高级语言甚至应 用软件提供更多更好的支持； (2) 通过多种途径提高计算机体系结构中的并行 性等级，使得凡是能并行计算和处理的问题 都能并行计算和处理，使这种体系结构和组
计算机基础知识点总结
计算机基础知识点归纳1一、硬件知识1、计算机系统的组成包括硬件系统和软件系统硬件系统分为三种典型结构：（1）单总线结构（2）、双总线结构（3）、采用通道的大型系统结构中央处理器CPU包含运算器和控制器。
2、指令系统指令由操作码和地址码组成。
3、存储系统分为主存—辅存层次和主存—Cache层次Cache作为主存局部区域的副本，用来存放当前最活跃的程序和数据。
计算机中数据的表示Cache的基本结构：Cache由存储体、地址映像和替换机构组成。
4、通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器，它使CPU与I/O 操作达到更高的并行度。
5、总线从功能上看，系统总线分为地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）。
6、磁盘容量记计算非格式化容量=面数x（磁道数/面）x内圆周长x最大位密度格式化容量=面数x（磁道数/面）x（扇区数/道）x（字节数/扇区）7、数据的表示方法原码和反码[+0]原=000...00 [—0]原=100......00 [+0]反=000...00 [—0]反=111 (11)正数的原码=正数的补码=正数的反码负数的反码：符号位不变，其余位变反。
二、操作系统操作系统定义：用以控制和管理系统资源，方便用户使用计算机的程序的集合。
功能：是计算机系统的资源管理者。
特性：并行性、共享性分类：多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统。
进程：是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。
进程分为三种状态：运行状态（Running）、就绪状态（Ready）、等待状态（Blocked）。
虚拟存储器：是指一种实际上并不以物理形式存在的虚假的存储器。
页架：把主存划分成相同大小的存储块。
页：把用户的逻辑地址空间（虚拟地址空间）划分成若干个与页架大小相同的部分，每部分称为页。
页面置换算法有：1、最佳置换算法OPT2、先进先出置换算法FIFO3、最近最少使用置换算法LRU4、最近未使用置换算法NUR使独占型设备成为共享设备，从而提高设备利用率和系统的效率。
第一章计算机基础知识
(2)应用软件 在计算机软硬件基础上为某一专门应用目的而设计开发的软件称为应 用软件.应用软件大致可以分为三大类:通用应用软件,用于专门行业的应 用软件和定制软件. 1.2.4 微型计算机系统的硬件组成 1.CPU(Central Processing Unit) CPU即中央处理单元,又称微处 CPU即中央处理单元,又称微处 理器.是一块集成了运 算器和控制器的半导体芯片,是整个计算机系统的 "大脑". 大脑" 2.系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 .系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 成电路板.
1.2 计算机系统的基本组成及工作原理
1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两部分组成.
运算器 CPU 控制器 主 机 内存(主存) 硬件系统 计 算 机 系 统 输入设备:键盘,鼠标,扫描仪 输出设备:显示器,打印机,绘图仪
系统软件:操作体统,语言处理程序
软件系统
CMOS ISA 插槽 主板电池 控制芯片 PCI 插槽 串 行/并 口 插 槽 Socket7 插槽 键盘插座 CACHE 内存插槽
3.内存储器 (1)随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM) )随机存取存储器(Random Memory,简称RAM)
(2)只读存储器(Read Only Memory,简称ROM) )只读存储器(Read Memory,简称ROM) 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. (3)高速缓冲存储器(Cache) )高速缓冲存储器(Cache)
知识点一计算机的基本概念及系统组成
彩虹）、GALAXY（影驰）、 ASUS（华硕）、UNIKA（双敏） 。
（6）显示器
显示器是属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。
液晶显示器的性能指标有：
① 可视面积：液晶显示器所标示的尺寸就是实际可以使用的屏 幕范围一致。
星、LG、AOC、飞利浦等。
（7）光驱
光驱，是计算机用来读写光碟内容的设备。目前， 光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、 康宝(COMBO)和刻录机等，如图所示。
光驱的性能指标有：
① 数据传输率：指光驱在1秒时间内所能读取的 数据量，用k字节/秒(kbps)表示。该数据量 越大，则光驱的数据传输率就越高。双速、 四速、八速光驱的数据传输率分别为300kbps 、600kbps和1.2Mbps.
⑤ 支持最高的内存容量和频率：支持的内存容量和频率越 高，电脑性能越好。
选购主板时注意：
① 对CPU的支持，主板和CPU是否配套；
② 对内存、显卡、硬盘的支持，要求兼容性和稳定性好；
③ 扩展性能与外围接口，考虑电脑的日常使用，主板除了有 AGP插槽和DIMM插槽外，主板上还有PCI，AMR，CNR，ISA等 扩展槽；
② 内存容量的大小； ③ 内存的工作频率； ④ 仔细辨别内存的真伪； ⑤ 内存做工的精细程度。
（4）硬盘
硬盘是计算机中最重要的外存储器，它用来存放 大量数据，如图所示。
硬盘的性能指标有：
① 容量：一张盘片具有正、反两个存储面，两个存储面的存储 容量之和就是硬盘的单碟容量；
② 转速：是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一 分钟内所能完成的最大转数。硬盘转速以每分钟多少转来表 示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写 ，是转/每分钟；
计算机的基本组成
计算机的基本组成计算机是一种电子设备，它的功能包括存储、处理和传输信息。
为了更好地理解和使用计算机，我们需要了解它的基本组成。
1、硬件系统计算机的硬件系统是它的物理部分，包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和硬盘）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）和总线（用于连接各个部件）。
中央处理器是计算机的“大脑”，负责执行程序中的指令并处理数据。
存储器分为内存和硬盘。
内存包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储运行中的程序和数据，ROM用于存储固件和操作系统。
硬盘是用于长期存储数据的外部存储器。
输入/输出设备允许用户与计算机交互。
键盘和鼠标是最常见的输入设备，而显示器和打印机是最常见的输出设备。
总线是用于连接各个部件的通信通道。
2、软件系统计算机的软件系统是它的程序部分，包括系统软件和应用软件。
系统软件包括操作系统、编译器和数据库管理系统等，它们为应用程序提供了一个运行环境。
应用软件是为特定任务设计的程序，例如办公软件、图像处理软件和游戏等。
3、网络系统现代计算机通常通过互联网与其他计算机连接，形成一个网络。
网络系统包括硬件（如路由器和调制解调器）和软件（如浏览器和电子邮件客户端），这些部件可以帮助用户连接到其他计算机并共享资源。
计算机的基本组成包括硬件系统、软件系统和网络系统。
这些组件协同工作，使计算机成为一种强大的信息处理工具，可以满足我们的工作、学习和娱乐需求。
计算机系统的基本组成计算机系统是一种复杂的电子系统，它由多个不同的部分组成，这些部分协同工作，使计算机能够执行各种任务。
以下是计算机系统的基本组成：1、硬件系统硬件系统是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU），内存，硬盘，显卡，声卡，网卡，电源，主板，显示器，键盘，鼠标等。
这些硬件组件通过各种接口和线路连接在一起，形成一个完整的计算机系统。
中央处理器（CPU）是计算机系统的核心，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。
《计算机系统》知识点资料整理总结
《计算机系统》知识点资料整理总结一、计算机系统由“硬件”和“软件"两大部分组成。
二、"硬件”，是指计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电子元器件,各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
三、“软件”它看不见摸不着,由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。
通常把这些程序寄寓于各类媒体(如RAM、ROM、磁带、磁盘、光盘,甚至纸带等),它们通常存放在计算机的主存或辅存内。
计算机的软件通常又可以分为两大类:系统软件和应用软件。
系统软件又称为系统程序，主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度，高效运行应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序如科学计算程序数据处理程序过程控制程序、事务管理程序等。
四、冯.诺依曼计算机的特点，它的特点可归结如下:五、●计算机由运算器、存储器、控制器、输人设备和输出设备五大部件组成。
六、●指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
七、●指令和数据均用二进制数表示。
八、●指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
九、●指令在存储器内按顺序存放。
通常.指令是顺序执行的在特定条件下,可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
●机器以运算器为中心,输人输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
1.1、如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
指令系统体现了机器的属性,这是属于计算机结构的问题。
但指令的实现,即如何取指令、分析指令、取操作数、运算、送结果等,这些都属于计算机组成问题。
计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
计算机系统的属性通常是指用机器语言编程的程序员(也包括汇编语言程序设计者和汇编程序设计者)所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等,大都属于抽象的属性。
计算机结构听课笔记
计算机结构听课笔记一、引言计算机结构是计算机专业中的一门基础课程，它主要研究计算机系统的组成、工作原理以及硬件和软件之间的相互关系。
掌握计算机结构的知识对于理解和设计计算机系统具有重要意义。
二、计算机结构的基本概念1.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（CPU）、存储器、输入/输出设备等；软件系统包括操作系统、应用软件等。
2.计算机工作的基本原理计算机工作原理可以概括为“存储程序”和“顺序执行”。
存储程序是指将编写的程序指令及数据存储在存储器中，顺序执行是指按照程序规定的顺序逐条执行指令。
3.计算机体系结构的发展历程从最早的单片机到现在的多核处理器，计算机体系结构不断发展，主要经历了四个阶段：单处理器结构、流水线结构、多处理器结构和并行处理器结构。
三、计算机硬件系统结构1.中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序指令。
其主要功能包括取指令、指令译码、数据读取/写入、运算等。
2.存储器存储器用于存储程序指令和数据。
主要包括主存储器和辅助存储器。
主存储器又称随机存储器（RAM），辅助存储器包括硬盘、光盘、U盘等。
3.输入/输出设备输入设备用于将外部信息输入计算机，如键盘、鼠标等；输出设备用于将计算机处理后的结果输出，如显示器、打印机等。
四、计算机指令系统1.指令的分类指令可分为数据操作指令、程序控制指令、存储器指令、输入/输出指令等。
2.指令的执行过程指令的执行过程包括取指令、指令译码、数据读取/写入、运算等步骤。
3.指令集体系结构（ISA）指令集体系结构是计算机硬件与软件之间的接口规范，它定义了计算机支持的指令种类、数据类型、寄存器结构等。
五、计算机性能评价1.性能指标计算机性能评价的指标包括运算速度、吞吐量、响应时间等。
2.性能评价方法性能评价方法主要有基准测试、事务处理性能委员会（TPC）等。
3.提高计算机性能的途径提高计算机性能的途径包括：提高处理器主频、增加处理器核心数、优化指令集、改进存储器性能等。
第一章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识主要内容●计算机发展简介●计算机的特点与应用领域●计算机系统的组成●计算机中信息的表示●数制间的转换●计算机病毒知识要点一、计算机发展简介计算机（Computer）：俗称电脑，世界上第一台计算机ENIAC诞生于1946年在美国的宾夕法尼亚大学。
计算机从诞生到现在，根据构成计算机的主要电子元件的不同，可以划分为四个发展阶段。
第一代：主要电子元件为电子管，运算速度以毫秒（ms）为单位；第二代：主要电子元件为晶体管，运算速度以微秒（μs）为单位；第三代：主要电子元件为集成电路，运算速度以纳秒（ns）为单位；第四代：主要电子元件为大规模和超大规模集成电路，运算速度以（ps）为单位。
1956年约翰·麦卡锡提出了人工智能的的概念。
说明：计算机发展趋势向着微型化、巨型化、网络化和智能化四个方向发展。
图灵被称为计算机科学之父、人工智能之父。
二、计算机的特点与应用领域1．计算机的特点运算速度快；计算精度高；存储容量大；具有记忆和逻辑判断能力；自动化程度高。
2．计算机的应用领域（1）数值计算（科学计算）：用计算机来处理科学研究和工程技术中的问题；（2）信息处理（数据处理）：办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等都属于数据处理，计算机应用中有80%以上都属于数据处理。
（3）计算机辅助技术：CAI（计算机辅助教学）、CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）。
（4）过程控制（实时控制）：主要应用于现代化的工业生产中。
（5）人工智能：如机器人、指纹识别、语音识别等。
三、数制间的转换1．二、八、十六进制数转换为十进制数将二、八、十六进制数转换为十进制数采用的“按权展开式”的方法进行计算。
2．十进制数转换为二、八、十六进制数（1）整数部分的转换方法：除基取余倒排法。
（2）小数部分的转换方法：乘基取整顺排法。
3．二进制数转换为八、十六进制数将二进制数从小数点位置划开，向左和向右分别以三位或四位为一个组，然后将每个组表示成八进制数或十六进制数即可。
计算机系统基础知识 (1)
[模拟] 计算机系统基础知识单项选择题第1题：若磁盘的转速提高一倍，则______。
A.平均存取时间减半B.平均寻道时间减半C.存储道密度提高一倍D.平均寻道时间不变参考答案：D磁盘的转速提高一倍，只是减少了在选中磁道上的旋转等待时间，而平均存取时间包括两部分：平均寻道时间和在选中磁道上的旋转等待时间，因此平均存取时间减半的说法是错误的。
平均寻道时间与磁盘的转速没有什么关系，因此平均寻道时间减半的说法是错误的。
磁盘的道密度与磁盘的转速无关，绝不可能因磁盘的转速提高而使存储密度提高一倍。
只有平均寻道时间不变是正确的。
第2题：内存用于存放计算机运行时的指令、程序、需处理的数据和运行结果，但是存储在______中的内容是不能用指令来修改的。
A.RAMB.DRAMC.ROMD.SRAM参考答案：CROM为只读存储器，其中的内容在制造时存入，使用时只能读出，不能写入修改，因此依靠程序或指令不能修改ROM中的内容。
第3题：鼠标器按检测原理可分为为机械式、______三种。
A.电阻式和轨迹球式B.轨迹球式和光电式C.扫描式和轨迹球式D.电阻式和光机式参考答案：B鼠标器按检测原理可分为机械式、轨迹式和光电式三种。
第4题：在选择多媒体数据压缩算法时需要综合考虑______。
A.数据质量和存储要求B.数据的用途和计算要求C.数据质量、数据量和计算的复杂度D.数据质量和计算要求参考答案：C通常在选择数据压缩算法时需要综合考虑数据质量、数据量和计算的复杂度。
·数据质量好是指恢复数据失真较小：·数据量越小，代表压缩比越大，压缩算法越好；·压缩算法对计算复杂度的要求是压缩算法简单、速度快。
另外，选择压缩算法时还应考虑硬件实现的可能性。
第5题：与外存储器相比，内部存储器的特点是______。
A.容量大、速度快、成本低B.容量大、速度慢、成本高C.容量小、速度快、成本高D.容量小、速度慢、成本低参考答案：C计算机的内部存储设置在计算机的内部，与其外部存储器相比较，内部存储器的容量小、速度快、成本高。
计算机系统结构-复习笔记
第一章概论
本章重点：计算机系统的层次结构、计算机系统结构的定义、计算机系统的设计思路、系统结构并行性开发的方法和计算机系统的分类。
本章难点：透明性分析。
复习建议：本章在历年考试中，为必考的章节，但一般考察基本概念和基本知识;从题型来讲主要为单项选择题和填空题。
建议学员在复习时注意基本概念的理解和掌握。
第一节计算机系统的多级层次结构
一、计算机系统的层次
(1)从使用语言的角度，计算机系统可以被看成是按功能划分的多层机器级所组成的层次结构。
层次结构由高到低依次为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级，如图所示。
(2)对各级机器级的理解。
计算机系统结构的组成
计算机系统结构的组成
计算机系统结构通常包括以下几个主要组成部分：
1. 处理器：处理器是计算机的核心部分，负责执行程序中的指令。
它从内存中获取指令并执行，然后处理数据，并将结果存储回内存中。
处理器的能力决定了计算机的速度和性能。
2. 内存：内存是计算机的临时存储设备，用于存储正在处理的程序和数据。
内存分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM可以随时读写，而ROM只能读取不能写入。
3. 输入/输出设备：输入/输出设备是计算机与外部世界交互的工具。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。
4. 存储器：存储器是计算机的永久性存储设备，用于长期存储数据和程序。
常见的存储器包括硬盘、闪存盘、光盘等。
5. 总线：总线是计算机中各个部分之间传输数据的通道。
总线带宽决定了数据传输的速度，总线类型决定了计算机各个部分之间的连接方式。
6. 操作系统：操作系统是计算机的管理和控制软件，
负责管理计算机的资源，控制程序的执行，并提供用户界面。
操作系统是计算机的重要组成部分，它使得计算机更易于使用和管理。
7. 应用软件：应用软件是为特定目的而编写的程序，例如办公软件、图像处理软件等。
应用软件使计算机具有各种功能和用途。
以上这些部分共同构成了计算机系统结构的主要组成部分。
在实际应用中，根据不同的需求和用途，还可以对计算机系统结构进行更详细或更概括的分类。
第1章 计算机系统基础知识
第1章 计算机系统基础知识本章主要包括计算机系统的组成、计算机的类型、计算机中数据的表示和运算、CPU 、存储器等基础知识。
1.1 计算机系统的基本组成计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的，计算机硬件是计算机系统中看得见、摸得着的物理装置，计算机软件是程序、数据和相关文档的集合。
计算机系统的组成如图1-1所示。
控制器CPU运算器 内存储器（主存储器）主机硬件系统输入设备 输出设备外存储器（辅助存储器）软件系统系统软件 应用软件外部设备计算机系统图1-1 计算机系统的组成示意图1．计算机系统的硬件组成基本的计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。
随着器件技术和微电子技术的发展，运算器、控制器等部件已被集成在一起，统称为中央处理单元（Central Processing Unit ，CPU ）。
CPU 是硬件系统的核心，用于数据的加工处理，能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。
运算器是对数据进行加工处理的部件，它主要完成算术和逻辑运算。
控制器的主要功能则是从主存中取出指令并进行分析，控制计算机的各个部件有条不紊地完成指令的功能。
存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器（Main Memory ，MM ，简称内存、主存）和外部存储器（简称外存）。
内存速度快、容量小，一般用来临时存放计算机运行时所需的程序、数据及中间结果。
外存容量大、速度慢，可用于长期保存信息。
寄存器是CPU 中的记忆设备，用来临时存放指令、数据及运算结果。
与内存储器相比，寄存器的速度要快得多。
习惯上将CPU和主存储器的有机组合称为主机。
输入/输出（I/O）设备位于主机之外，是计算机系统与外界交换信息的装置。
所谓输入和输出，都是相对于主机而言的。
输入设备的作用是把转换成二进制形式的信息输入到计算机的存储器中，输出设备的作用是把运算处理结果按照人们所要求的形式输出到外部存储介质上。
2．计算机软件计算机软件是指为管理、运行、维护及应用计算机所开发的程序和相关文档的集合。
ComputerArchitecture计算机系统结构知识点详解
ComputerArchitecture计算机系统结构知识点详解Computer Architecture计算机系统结构1. Fundamentals of Computer Architecture 计算机系统结构的基本原理1.1 Layers of Computer System计算机的层次Application Language Machine M5 应⽤语⾔机High-Level Language Machine M4 ⾼级语⾔机Assembly Language Machine M3 汇编语⾔机Operating System Machine M2 操作系统机Conventional Machine M1 传统机Microprogram Machine M0 微程序机1. 每个层次执⾏相关的功能⼦集。
2. 每个层次要依赖于下⼀个低层去执⾏更原始的功能。
3. 这就将问题分解成更易处理的⼦问题。
4. 从M2到M5的层次是虚拟机。
5. 在传统机上的指令（算数、逻辑等）由微程序级的程序实现。
该程序是作为⼀个解释器，能理解⼀组简单的操作集合，称为微指令集。
1.2 Computer Architecture and Implementation计算机的系统结构和实现Computer Architecture 计算机系统结构Refers to those attributes of a system visible to a programmer, or those attributes have direct impact on logical execution of program.程序员可见，或者对程序执⾏有直接影响的属性Implementation 实现Two components: Organization and hardware. 两个组件:组织和硬件1. Organization(组织): includes high-level aspects of a computer’s design, such as: memory system, bus structure, internal CPU. 组织(组织):包括⾼级⽅⾯的计算机的设计,如:内存系统,总线结构、内部CPU。
计算机系统结构密训
计算机系统结构密训计算机系统结构是指计算机硬件和软件组件之间的关系和交互方式。
它涉及到计算机内部各个组成部分的功能、连接方式、层次结构等方面。
计算机系统结构主要包括以下几个方面：1.中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器等部分。
ALU用于执行算术和逻辑运算，CU负责控制指令的执行过程，寄存器用于暂存数据和指令。
2.存储器：存储器用于存储计算机的数据和指令。
主要包括内存（RAM）和外存（硬盘、光盘等）。
内存是计算机中实时存取数据和指令的地方，而外存用于长期存储数据和指令。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与计算机进行交互。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，输出设备有屏幕、打印机、音箱等。
输入设备将外界的信息输入到计算机中，输出设备将计算机处理后的数据和结果展示给用户。
4.总线：总线是连接计算机各个组件的通信线路。
它分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线负责传输数据，地址总线用于传输存储器地址，控制总线用于传输控制信号。
5.指令集架构：指令集架构是计算机硬件与软件之间的接口规范。
它决定了计算机能够执行的指令和支持的数据类型。
常见的指令集架构有精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
6.并行计算：并行计算是指多个处理器同时执行任务，以提高计算机系统的性能。
它可以通过并行算法和并行硬件来实现。
常见的并行计算模式有并行计算、向量计算和并发计算。
7.系统层次结构：系统层次结构描述了计算机系统的层次组织关系。
常见的系统层次结构有冯·诺依曼结构和哈佛结构。
冯·诺依曼结构将数据和指令存储在同一存储器中，哈佛结构则将其分开存储。
计算机系统结构是计算机科学中的重要概念，对于我们理解计算机工作原理、进行系统设计和优化都起着重要的作用。
通过合理设计计算机系统结构，可以提高计算机系统的性能、可靠性和可扩展性。
计算机硬件系统基础知识大全
计算机硬件系统基础知识大全计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
其中，计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成。
运算器也称为算术逻辑部件(ALU)，主要功能是对二进制数码进行算术或逻辑运算。
控制器是计算机的神经中枢，指挥计算机各个部件自动、协调地工作。
在计算机的5个基本部件中，运算器和控制器共同组成了中央处理器(CPU)，而CPU和和存储器又构成了计算机的主机。
下面将具体介绍各个部件。
4.1 运算器(1)运算器的组成运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，即数据的算术运算和逻辑运算。
运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
运算器包括寄存器、执行部件和控制电路三个部分。
运算器中的寄存器用于I临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。
执行部件包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路。
控制电路按照一定的时间顺序发出不同的控制信号，使数据经过相应的门电路进人寄存器或加法器，完成规定的操作。
运算器主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。
· 算术逻辑部件ALU。
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
ALU能处理的数据位数(即字长)与机器有关。
· 通用寄存器组：近期设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。
主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。
· 状态寄存器：状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。
程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。
(2)与运算器相关的性能指标包括计算机的字长和运算速度· 字长：指计算机运算部件～次能同时处理的二进制数据的位数。
作为存储数据，字长越长，则计算机的运算精度就越高；作为存储指令，字长越长，则计算机的处理能力就越强。
· 运算速度：计算机的运算速度通常是指每秒钟所能执行的加法指令的数目。
计算机系统结构
计算机系统结构基本知识
一、计算机系统的基本组成
个人计算机（简称PC）系统由：主板、处理器、内存、硬盘、输
出设备、输入设备组成。
CPU中央处理器
主要包括运算器和控制器两部分。
是电脑的核心部件，决定计算机 的性能。 主要由INTEL和AMD公司生产。 发展：286、386、486、奔腾、 PⅡ、PⅢ、PⅣ。
I D E
怎样配置一台适合自己的机器？
一、家用配置 Celeron D (2.8G/256KB)、256MB内存、40GB硬盘、Intel主板、 GF4128/64MB显示卡。 二、单位配置 Pentinue4 (2.4G/512KB)、256MB内存、80GB硬盘、Intel主板、 GF128bit/128MB显示卡。 三、高端配置 Pentinue4EE(3.0G/2MB)、512MB内存、80GB硬盘、Intel主板、 GF5128bit/128MB显示卡。
新亿胜网络结构图：
ADSL
电信
计算机群
计算机群 打印机
Windows的一些基本操作 1、网络打印机的添加 2、网络共享文件夹的设置 3、快速访问网络文件夹 4、清理C盘垃圾文件 5、隐藏一个文件
6、为磁盘做碎片整理 碎片是指文件在磁盘上存储的地址不是连续的。
7、压缩软件WINRAR的使用 8、杀毒软件卡巴斯基的使用 9、加密金刚锁 的使用
内部存储器RAM
内存是电脑的一个临时存储器，它只负责电脑数据的中 转而不能永久保存 。 是电脑的核心部件，重要性仅次于CPU，它的容量和处 理速度直接决定了电脑数据传输的快慢。 通常内存容量为32、64、128、256MB。 是勾通CPU与硬盘之间的桥梁。
主板
又叫系统板或是母板 主板是整个电脑的基 板，是CPU、内存、显 卡及各种扩展卡的载体 主板是否稳定关系着 整个电脑是否 稳定， 主板的速度在一定程度 上也制约着整机的速度 是计算机各部件的连 接工具
计算机组装与维护实用教程PPT项目1计算机系统基础知识
计算机名人故事
冯 · 诺 伊 曼 （ John von Neumann ， 1903年12月28日-1957年2月8日）是二十世 纪最重要的数学家之一，美籍匈牙利数学 家、计算机科学家、物理学家，是20世纪 最重要的数学家之一，被后人尊称为“计 算机之父”、“博弈论之父”，他提出了 现代计算机的理论基础，就是我们都还在 沿用的冯·诺伊曼体系结构。
任务1 掌握计算机硬件维修基础技能 学习情境2 理解台式计算机系统组成
计算机硬件系统和软件系统
任务1 掌握计算机硬件维修基础技能 学习情境3 理解笔记本电脑的系统组成
任务2 掌握计算机硬件常见故障处理办法
学习情境4 了解计算机分类和应用
1.计算机系统分类
（1）根据计算机指令系统 分为复杂指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）和精 简指令集计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer）。 （2）根据CPU字长 分为8位、16位、32位、64位计算机。 （3）根据CPU多少 有单处理器和多处理器计算机。 （4）根据功能 分为超微型、微型、小型、中型、大型、巨型、超巨型计算机。
任务2 理解计算机系统结构、分类及应用 学习情境1 理解计算机系统结构原理
计算机基本系统结构
（1）地址总线（Address Bus）：用于传送地址信号，是单向总线。 （2）数据总线（Data Bus）：用于传送数据信号，是双向总线。 （3）控制总线（Control Bus）：用于传送控制信号，是双向总线。
（3）过程检测与控制：这是将计算机应用推向工业应用典型功能， 将工业自动化生产推到了更高的发展平台。
（4）计算机辅助领域：包括计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助设 计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）等。
计算机体系结构知识点总结
计算机体系结构知识点总结————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章计算机体系结构的基本概念1.计算机系统结构的经典定义程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
（计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现）2.计算机系统的多级层次结构：1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器3.透明性：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。
4.编译：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5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法（按系统并行度P m:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数）进行分类。
Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器）7.计算机设计的定量原理：1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能）2.Amdahl定理：加速比：S n=T0(加速前）T n（加速后）=1(1−Fe)+Fe/Se(Fe为可改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比（改进前/改进后）3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式：1.时钟周期时间2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
计算机组成原理第一,二章重难点整理
重点难点内容整理第一章计算机系统概论重难点：计算机系统的基本组成和层次结构知识点1：计算机系统的组成计算机系统由计算机硬件和软件两部分组成。
1.硬件是计算机系统的物质基础，没有硬件就不成其为计算机。
计算机硬件包括中央处理机、存储器和外部设备。
中央处理机是计算机的核心部部件，由运算器和控制器两部分组成，主要功能是解释指令、控制指令执行、控制和管理机器运行状态，以及实时处理中央处理机内部和外部出现和各种应急事件。
存储器分为主存储器和辅助存储器。
主存储器的主要功能是存储信息和与中央处理机直接交换信息；辅助存储器包括磁盘机、磁带机和光盘机等，通常只与主存储器交换信息。
外部设备包括输入和输出设备、转换设备、终端设备等，如键盘、打印机、绘图仪和鼠标器等。
2. 软件通常分为两大类：系统软件和应用软件。
系统软件最靠近硬件层，是计算机的基础软件，如操作系统、高级语言处理程序等。
系统软件是计算机厂家预先设计好的。
操作系统主要用于组织管理计算机系统的所有便件和软件资源，使之协调一致、高效地运行；高级语言处理程序包括编译程序和解释程序等。
编译程序能将高级语言编写的源程序翻译成计算机执行的目标程序，解释程序是边解释边执行源程序。
应用软件处于计算机系统的最外层，是按照某种特定的应用而编写的软件。
知识点2：计算机系统的层次结构应用软件、系统软件和硬件构成了计算机系统的三个层次1.硬件系统位于最内层，它是整个计算机系统的基础和核心。
2.系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本的操作界面。
3.应用软件位于最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面通常将硬件系统之外的其余层次成为虚拟机。
三个层次之间关系紧密，外层是内层功能的扩展，内层是外层的基础。
但是，层次划分不是绝对的。
第二章运算方法和运算器重难点：1.定点和浮点数的表示及范围。
2.定点补码的加减运算及实现。
3.一位原码/补码的乘法和一位原码/补码的除法及实现。
4.浮点算术运算。
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L4：汇编语言虚拟机 一级语言来说功能更强，更 便于应用，但又都以低级语 L3：操作系统虚拟机 言为基础。
软件
L2：机器语言(传统机器级) 硬/固件 L1：微程序机器级
1.1.1 计算机系统结构的含义
L6：应用语言虚拟机
本级的机器语言是指 微指令集。微程序一般是 直接由硬件解释实现的， 因此工作于该级的程序员 实际上是计算机系统的设 计人员。
1.1.1 计算机系统结构的含义
4、计算机系统结构、计算机组成及计算机实现 三者的关系
计算机系统结构是计算机系统中软硬件之间的界面； 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现； 计算机实现是计算机组成的物理实现。 计算机系统结构、组成与实现各自包含不同的内容，
但又有紧密的关系：
一种体系结构可以有多种组成； 一种组成可以有多种物理实现。
L2：机器语言(传统机器级) L1：微程序机器级
1.1.1 计算机系统结构的含义
L6：应用语言虚拟机 L5：高级语言虚拟机 L4：汇编语言虚拟机 L3：操作系统虚拟机 软件 硬/固件
这一级的机器语言是 各种高级语言。用这些 语言所编写的程序一般 是由称为编译程序的翻 译程序翻译到第4级或第 3级上，个别的高级语言 也用解释的方法实现， 如绝大多数BASIC语言系 统。
多指令流多数据流MIMD
多机系统：多个处理器系统或多计算机系统，每个处
理机可以独立执行指令和处理数据。
1.1.2 计算机系统结构的分类
2、按“并行级”和“流水线”分类
（1）1977，德国Erlangen大学Händler教授提出，把计 算机硬件结构分成三个层次，并分别考虑它们的可并 行程度和流水线处理程度进行分类。这三个层次为：
计算机系统结构的科学定义：机器语言程序员或编译
程序编写者所看到的计算机的基本属性，即概念性结 构和功能特性。
由机器语言程序员或编译程序编写者所看到的计算机
的基本属性是指传统机器级的系统结构，在传统机器 级之上的功能被视为软件功能，而在其下的则属于硬 件和固件的功能。
计算机系统结构结构的实质：计算机系统中软硬件之
1.2 计算机系统设计准则
1.3 计算机系统结构的发展
1.1 计算机系统结构的含义和分类
计算机技术飞速发展的原因
计算机器件的制造技术的发展 计算机系统结构的创新和改进
计算机系统性能提高的历程
在计算机开始发展的25年中，两种因素都起着主要作用，使
得计算机的性能每年提高约25%。
计算机系统结构
张长明
hdjsjxtjg@ ncepubd
教材和参考教材
教材
计算机系统结构（第2版），陆鑫达，高等教育出版社
参考教材
计算机系统结构，郑纬民等，清华大学出版社 计算机系统结构教程，张晨曦等，清华大学出版社
课堂要求及考核方法
课堂要求
认真听讲，对课堂上讲解的题要理解并会做。 及时完成作业。 按时出勤，无故缺勤视为旷课，累计旷课超过课程 学时三分之一，取消考试资格，成绩以0分计。 平时成绩30%，其中作业15%，出勤15%。 期末成绩70%，闭卷考试。
各部件的功能及各部件间的联系等。
关心的主要问题：如何合理地实现分配给硬件的功能
和性能指标。
1.1.1 计算机系统结构的含义
3、计算机系统的实现（计算机实现）
计算机实现：指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。
着眼于：器件技术（起主导作用）、微组装技术。
1.1.1 计算机系统结构的含义
概念举例
确定指令系统中是否有乘法指令属于计算机系统 结构的内容； 乘法指令是用乘法器实现还是用加法器经多步操 作来实现属于计算机组成； 乘法器、加法器的物理实现，如器件的选定及所 用的微组装技术等属于计算机实现。
L2：机器语言(传统机器级) L1：微程序机器级
1.1.1 计算机系统结构的含义
L6：应用语言虚拟机 L5：高级语言虚拟机 L4：汇编语言虚拟机 L3：操作系统虚拟机 软件 硬/固件
这一级是为满足某种 特殊用途而专门设计的， 因此这一级的语言就是 各种面向问题的应用语 言。例如可以设计专门 用于人工智能、教育、 行政管理、计算机设计 等方面的虚拟机。
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
计算机系统结构 -- Computer Architecture
1.建筑学、建筑风格；体系结构、总 体、层次结构。
2.从建筑学角度看，该词可以认为是 指一个系统的外貌。
3.计算机作为一个包括硬件/固件和 软件的系统，也有其外观，即外特性。
1964年Amdahl提出计算机系统结构的定义:程序员所看
间的界面，界面之上是软件实现的功能，界面之下是 硬件和固件实现的功能。
1.1.1 计算机系统结构的含义
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
几个重要概念
（1）计算机系统按功能可划分成多级层次结构
每层以一种语言为特征；
L6：应用语言虚拟机
语言从低级向高级发展； L5：高级语言虚拟机 高一级语言的语句相对于低
L2：机器语言(传统机器级) L1：微程序机器级
1.1.1 计算机系统结构的含义
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
几个重要概念
（1）计算机系统按功能可划分成多级层次结构
虚拟机：由软件实现的机器，以区别于由硬件/固件实现的
物理机器。
翻译：先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新
20世纪70年代末到80年代初，大规模集成电路和微处理器
的出现使计算机性能的年增长率提高到约35%，主要归功于 以集成电路为代表的制造技术的发展。
1.1 计算机系统结构的含义和分类
计算机系统性能提高的历程
20世纪80年代初RISC结构的出现使得计算机系统结构发生
重大变革，从80年代中期开始，计算机性能增长达到了每年 50%以上。
1.1.1 计算机系统结构的含义
2、计算机系统的内特性（计算机组成）
内特性，也称为计算机组成：对由电路、逻辑门或寄
存器传递级等硬件及固件实现计算机外特性方法的抽 象，它是计算机系统结构的逻辑实现。
涉及的内容：包括数据流、控制流的组成，CPU内部
和主存等部件的逻辑设计等。
着重于：物理机器级内各事件的排序方式与控制结构、
具有相同功能的计算机系统，其软/硬件间的功能分配可随
各种影响因素在很宽的范围内变化。
主要因素有性能和成本、对存储器容量的需求量、可扩展性
和可更改性等。
硬件在功能实现中的比例趋向增大。
1.1.1 计算机系统结构的含义
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
计算机系统结构的外特性包含的内容
1.1.1 计算机系统结构的含义
L6：应用语言虚拟机 L5：高级语言虚拟机 L4：汇编语言虚拟机 L3：操作系统虚拟机 软件 硬/固件
本级的机器语言是 汇编语言。用汇编语言 编写的程序，首先翻译 成第3级和第2级语言， 然后再由相应的机器执 行。通常的第1、2和3级 是用解释方法实现的， 而第4级或更高级则经常 是用翻译方法实现。
产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。
解释：每当一条N+1级指令被译码后，条N+1级的指令，依此重 复进行。
1.1.1 计算机系统结构的含义
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
几个重要概念
（2）软硬件功能的逻辑等价
虽然软件和硬件在实质上是完全不同的，但它们的功能在逻
考核方法
本章主要内容
1.1 计算机系统结构的含义和分类
1.1.1 计算机系统结构含义 1.1.2 计算机系统结构分类 1.2.1 计算机系统设计的定量原理 1.2.2 计算机系统设计者的主要任务 1.3.1 计算机系统结构的演变 1.3.2 软件、应用需求和器件对系统结构发展的影响
辑上是等价的，即绝大部分硬件功能可用软件来实现，反之 亦然。
两者在实现时将在性价比上及实现难易程度上反映出不等价。
性能 硬件实现 软件实现 优 劣
占用存储 少 多
成本 高 低
灵活性 差 强
1.1.1 计算机系统结构的含义
1、计算机系统的外特性（计算机系统结构）
几个重要概念
（3）软/硬件交界面是模糊的，没有明确的固定界限
程序控制部件PCU 算术逻辑部件ALU或处理部件PE； 基本逻辑电路ELC：1Bit逻辑运算电路
CU
CS
DS
PU
MU
单指令流多数据流SIMD
典型SIMD机器：阵列处理机 在同一控制部件控制下，多个处理部件同时执行同一条
指令所规定的操作，分别对各自的数据进行处理。
多指令流单数据流MISD
多个处理器，对同一数据流进行处理
MISD只是一种人为的划分，什么样的实际机器属于此类
存在争议。
1.1.1 计算机系统结构的含义
5、计算机系统的微系统结构—微外特性
由微程序编写者所看到的计算机的外部特性--逻辑结
构和功能；
是硬件和固件之间的界面。
1.1.2 计算机系统结构的分类
1、Flynn分类法—按“流”分类
（1）指令流：机器执行的指令序列。 （2）数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据 和中间结果。 （3）多倍性：在系统最受限制的元件上同时处于同一执 行阶段的指令或数据的最大可能个数。 （4）按照指令流和数据流的不同组织方式，分为四类：