计算机组成与设计 计算机的核心部件--处理器
袁春风计算机基础笔记
袁春风计算机基础笔记袁春风计算机基础笔记1.计算机的基本概念：计算机是一种能够自动进行数据处理和存储的电子设备。
它由硬件和软件两部分组成，可以执行各种计算、逻辑和控制操作。
2.计算机的组成部分：- 输入设备：用于将数据和指令输入到计算机中，如键盘、鼠标、扫描仪等。
- 中央处理器（CPU）：是计算机的核心部件，负责执行指令、进行数据处理和控制计算机的运行。
- 存储器：用于存储计算机运行时所需的数据和程序，包括内存和外存。
- 输出设备：将计算机处理后的结果输出给用户，如显示器、打印机等。
3.计算机的工作原理：计算机通过运行指令，将输入的数据进行处理，然后产生输出结果。
它的工作原理可以简单概括为输入-处理-输出的过程。
4.计算机的数据表示：计算机中的数据以二进制形式表示，由0和1组成。
二进制的优点是简单、易于实现和理解，可以通过逻辑门电路进行处理和运算。
5.计算机的运算方式：计算机通过算术逻辑单元（ALU）进行算术运算和逻辑运算。
算术运算包括加法、减法、乘法和除法等，逻辑运算包括与、或、非等。
6.计算机的存储器：计算机的存储器包括内存和外存。
内存用于存放计算机运行时所需的数据和程序，具有快速读取和写入的特点；外存用于长期存储数据和程序，容量较大但读写速度较慢。
7.计算机的操作系统：操作系统是一种软件，负责管理计算机的硬件资源、提供用户与计算机之间的接口，并协调各种应用程序的运行。
常见的操作系统有Windows、Linux、macOS等。
8.计算机网络：计算机网络是多台计算机通过通信设备互相连接起来，共享资源和信息的系统。
常见的网络包括局域网、广域网和互联网等。
9.计算机的应用领域：计算机广泛应用于各个领域，包括科学研究、工程设计、商业管理、教育培训、娱乐等。
它已成为现代社会不可或缺的工具。
以上是袁春风关于计算机基础的笔记，涵盖了计算机的基本概念、组成部分、工作原理、数据表示、运算方式、存储器、操作系统、计算机网络和应用领域等内容。
2024计算机硬件系统的构成部件ppt课件
计算机硬件系统的构成部件ppt课件contents •计算机硬件系统概述•中央处理器（CPU）•存储设备•输入输出设备•主板、总线及扩展槽•电源、散热及机箱•计算机硬件系统组装与调试•计算机硬件系统维护与升级目录01计算机硬件系统概述硬件系统定义与功能定义功能第一代计算机第二代计算机第三代计算机第四代计算机硬件系统发展历程硬件系统分类及组成部分分类主机组成部分外部设备组成部分02中央处理器（CPU）它与内部存储器和输入/输出设备合称为电子计算机三大核心部件。
CPU的主要功能是进行运算和逻辑运算，控制计算机的其他部件协同工作。
CPU是计算机的核心部件，负责解释和执行指令，处理数据。
CPU基本概念及作用时钟频率越高，CPU 的运算速度就越快。
但需要注意的是，时钟频率并不是唯一的性能指标。
时钟频率核心数量缓存容量选购建议多核心CPU 可以同时执行多个任务，提高整体性能。
但也需要考虑软件的优化程度。
缓存容量越大，CPU 处理数据的速度就越快。
但缓存容量并不是越大越好，需要根据实际需求选择。
在选购CPU 时，需要综合考虑自己的使用需求、预算以及所配主板的兼容性等因素。
CPU 性能指标与选购建议IntelAMD 其他品牌型号介绍01020304常见CPU品牌及型号介绍03存储设备随机存储器（RAM）01只读存储器（ROM）02高速缓冲存储器（Cache）03硬盘存储器（HDD）容量大、价格低、读写速度较慢，适合长期存储大量数据。
固态硬盘（SSD）读写速度快、抗震性好、价格较高，适合作为系统盘或需要高速读写的应用。
移动存储设备如U盘、移动硬盘等，便携性好，适合在不同设备间传输数据。
存储设备性能指标及选购建议01020304存储容量读写速度接口类型可靠性04输入输出设备用于输入文本、数字、符号等信息。
用于控制光标移动、点击、拖拽等操作。
将纸质文档转化为数字信号，便于计算机处理。
通过触摸操作实现人机交互，直观易用。
计算机组装和维修_知识点总结
计算机组装与维修1.计算机概述1.1基本知识点1、外观上看，微机由主机、显示器、键盘和鼠标组成。
2、计算机系统硬件系统由主机、输入设备、输出设备等。
3、计算机结构均由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。
4、软件系统是计算机系统的重要组成部分，是为运行、维护、管理和应用计算机所编制的所有程序和数据的总和。
5、主板的好坏在很大程度上决定了计算机的整体性能。
6、中央处理器是计算机的核心部件，计算机的所有工作都必须通过CPU协调完成。
7、外存特点是存储容量大、成本低、可以脱机保存信息，主要是存放不是当前正在运行的程序和正在使用的数据。
8、主机对屏幕上的任何操作都是通过显卡控制的，现在的显卡大多是图形加速卡。
9、声卡的主要作用是采集和播放声音，一般是PCI声卡。
1.2名词解释运算器运算器负责数据的算术运算和逻辑运算，同时具备存数、取数、移位、比较等功能，它由电子电路构成，是对数据进行加工处理的部件控制器控制器负责统一指挥计算机各部分协调地工作，能根据实现安排好的指令发出各种控制信号来控制计算机各个部分的工作。
存储器存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据，并根据命令提供这些程序和数据。
存储器通常分为内存储器和外存储器两部分。
1.3简答题2.主机2.1基本知识点1、CPU插座：Socket后面的数字表示与CPU对应的针脚数目。
2、主流芯片组包括：Intel芯片组、VIA芯片组、nForce芯片组3、并行口主要连接打印机，又称为打印口；调制解调器、数码相机，手持扫描仪都是用串行口。
4、RJ-45接口用来接入局域网或连接ADSL等上网设备5、IEEE 1394接口主要用来接入数码摄像机、外置刻录机等设备6、机箱前置面板接头：是主板用来连接机箱上的电源开关、系统复位开关、硬盘电源指示灯。
7、IDE接口用来连接硬盘和光驱等设备8、主板上的跳线主要用来设置CPU的类型、使用电压、总线速度和清除CMOSS内容等，一般都是通过插短接帽来选择。
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6－6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6－5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6－7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
计算机系统的基本组成
计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。
硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成(如图所示）。
硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。
而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。
（一）计算机硬件计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
（如下图所示）* 中央处理器（ CPU —— Central Processing Unit ）CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成；1.运算器运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。
2.控制器控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。
运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（Centre Process Unit，简称CPU），如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器（Microprocessor，简称MP）。
运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU 的主要性能指标是主频和字长。
字长表示CPU每次计算数据的能力。
如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。
时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。
目前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达２GHz以上。
*存储器存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。
存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。
①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。
用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。
①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。
用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。
存储器与 CPU的关系可用 (图 1）来表示。
( 图 1）（ 1）内存储器一个二进制位（ bit）是构成存储器的最小单位。
有关计算机的知识
有关计算机的知识
计算机是一种自动控制、数据输入、数据处理、输出的全电子数据处理系统。
它可以自动处理各种复杂的计算和资料信息，实现自动化控制，可以运行存储在计算机内存中的程序，从而实现一系列复杂的计算和逻辑控制等。
计算机技术是当今最发展迅速的科学技术，它为社会的各个领域的发展起到了重要作用。
计算机由五个部件组成，这五部件分别是：中央处理器、控制器、储存器、输入设备和输出设备。
中央处理器是计算机的核心，它是数据处理和运算的核心，它控制整个系统的工作流程，把输入的数据加工处理，产生输出结果。
控制器是中央处理器所控制的物理设备，它负责控制计算机的设备，如打印机、硬盘等。
储存器是计算机的记忆单元，它可以存取和储存程序和数据，从而实现数据的长期储存。
输入设备是用来将外部世界的信息转化为计算机可识别的数字信号，诸如键盘、鼠标等；输出设备是负责将计算机处理结果转换为便于人们理解及使用的讯号，如打印机、显示器等。
计算机科学是构成计算机系统的软件和硬件的知识，叙述出计算机系统概念、计算机组成和系统的原理。
计算机组成原理袁春风
计算机组成原理袁春风计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，它主要介绍了计算机系统的硬件组成和工作原理。
作为计算机领域的重要基础知识，计算机组成原理的学习对于培养学生的计算机系统分析与设计能力具有重要意义。
首先，计算机组成原理涉及到计算机系统的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
其中，中央处理器作为计算机系统的核心部件，负责执行程序指令和进行数据处理，是整个计算机系统的“大脑”。
而存储器则用于存储程序和数据，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等，它们在计算机系统中起着临时存储和永久存储的作用。
此外，输入输出设备则负责与外部环境进行信息交换，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
其次，计算机组成原理还涉及到计算机系统的工作原理和数据传输方式。
在计算机系统中，数据的传输是通过总线进行的，它包括地址总线、数据总线和控制总线等。
地址总线用于传输地址信息，数据总线用于传输数据信息，控制总线用于传输控制信号。
通过这些总线的协同工作，计算机系统能够实现对数据的传输和处理，从而完成各种计算任务。
此外，计算机组成原理还包括指令系统的设计和实现。
指令系统是计算机系统中的重要组成部分，它定义了计算机能够执行的指令集合和指令的格式，包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令等。
通过指令系统的设计和实现，计算机系统能够实现对程序的执行和控制，从而完成各种计算任务。
总的来说，计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，它主要介绍了计算机系统的硬件组成和工作原理。
通过学习计算机组成原理，可以帮助学生深入理解计算机系统的工作原理，培养他们的计算机系统分析与设计能力，为他们今后的学习和工作打下坚实的基础。
同时，计算机组成原理也是计算机科学与技术专业的一门重要学科，它与计算机组成与设计、计算机体系结构等学科有着密切的联系，共同构成了计算机科学与技术专业的重要知识体系。
计算机系统组成是什么
计算机系统组成是什么计算机系统是如何组成的计算机系统是由多个不同组件、部件和技术构成的复杂系统。
每个组件都有特定的功能和目的，合在一起形成了一个完整的计算机系统。
计算机系统的组成主要包括以下几个方面：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、操作系统和应用软件。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序和处理数据。
它通常由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指挥和协调系统的各个部件，实现程序的顺序执行，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。
2. 存储器：存储器用于存储数据和程序。
计算机存储器层次结构分为主存储器和辅助存储器。
主存储器通常是使用半导体材料制造的随机访问存储器（RAM），用于存储当前正在运行的程序和处理的数据。
而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘和光盘等）则用于长期存储数据和程序。
3. 输入输出设备：输入输出设备用于与外部世界进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等，用于将数据和命令输入到计算机系统中。
而输出设备如显示器、打印机和音频设备等则用于将计算机系统处理的结果反馈给用户。
4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，它协调和管理计算机系统的各个硬件和软件资源。
操作系统负责分配CPU时间、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。
常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。
5. 应用软件：应用软件是用户使用计算机系统解决问题和完成工作的工具。
它包括各种办公软件、娱乐软件、图形设计软件、数据库管理软件等。
应用软件使用户能够利用计算机系统的功能实现各种任务和目标。
计算机系统的组成是一个相互协作的整体。
中央处理器通过存储器获取指令和数据进行处理，然后将结果输出到输出设备中显示给用户。
操作系统负责管理各个组件的资源和协调他们之间的通信。
应用软件则建立在操作系统之上，充分利用计算机系统的硬件和操作系统提供的功能。
另外，计算机系统的组成还涉及到计算机体系结构、总线技术、输入输出控制等方面。
实训2了解计算机的主要成分
实训2了解计算机的主要成分计算机是我们日常生活中使用最广泛的工具之一，了解计算机的主要组成部分对于使用、维护和修复计算机都非常重要。
下面将为大家介绍计算机的主要组成部分。
1.中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机的大脑，负责执行计算机的指令和处理数据。
它包含算术逻辑单元（ALU）和控制单元，用于执行算术和逻辑操作以及指令的控制。
2.内存（存储器）：内存是计算机用于存储数据和指令的地方。
它分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是临时存储器，用于临时存储正在使用的数据和程序。
ROM则是只读存储器，用于存储计算机的启动程序和其他重要信息。
3.硬盘驱动器：硬盘驱动器是计算机的永久存储器，用于存储操作系统、应用程序和用户文件。
它通常以固态硬盘（SSD）或机械硬盘（HDD）的形式存在。
4.显卡：显卡（也称为图形处理器）负责计算机的图形处理和显示。
它将图形数据转换为可视图像，并输出到显示器上。
5.输入设备：输入设备用于将用户的输入发送到计算机中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏和扫描仪。
6.输出设备：输出设备用于将计算机处理的数据显示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机和音频设备。
7.主板：主板是计算机的核心组件，用于连接和支持其他的硬件设备。
它包含了CPU插槽、内存插槽、显卡插槽和其他扩展插槽。
8.电源：电源负责为计算机提供电能。
它将电流从电源插座转换为电脉冲，供计算机内部的各个组件使用。
9.操作系统：操作系统是计算机的软件，负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
它提供了用户与计算机交互的接口，并使计算机能够执行各种任务。
10.扩展卡：扩展卡是用于增强计算机性能或添加特定功能的卡片。
常见的扩展卡包括声卡、网卡和显卡。
除了上述组成部分外，还有许多其他的硬件设备和组件，如声音设备、网络设备、USB设备等等。
了解计算机的主要组成部分可以帮助我们更好地理解计算机的工作原理和进行故障排除。
计算机组成原理名词解释
主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
运算器：计算机中完成运算功能的部件，则ALU 和寄存器构成。
外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备、输出设备和外存储设备。
数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
指令：构成计算机软件的基本元素，表示成二进制数编码的操作命令。
透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
位：计算机中的一个二进制的数据代码（0或1），是数据的最小表示单位。
字：数据运算和存储单位，其位数取决于计算机。
字节：衡量数据量以及存储器容量的基本单位，1字节等于8位二进制信息。
字长：一个数据字包含的位数，一般为8位、16位、32位和64位等。
地址：给主存储器不同的存储位置指定的一个二进制编号。
存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存两种。
存储器的访问：对存储器中数据的读操作和写操作。
总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。
硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件两种。
兼容：计算机部件的通用性。
操作系统：主要的系统软件，控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。
汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应。
编译程序：将高级语言的程序转换成机器语言程序的计算机软件。
解释程序：解释执行高级语言程序的计算机软件，，解释并执行源程序的语句。
系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件。
应用软件：完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
指令流：在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。
计算机一级知识点
计算机一级知识点计算机一级知识点概述1. 计算机基础概念- 计算机定义：计算机是一种能够按照程序指令自动进行高速计算、数据处理和信息存储的电子设备。
- 计算机分类：根据功能和用途，计算机可分为个人计算机（PC）、服务器、工作站、超级计算机等。
- 计算机发展历程：从机械计算机到电子管计算机，再到晶体管计算机、集成电路计算机，直至现代的微处理器计算机。
2. 计算机硬件组成- 中央处理器（CPU）：计算机的核心部件，负责执行程序指令和处理数据。
- 主板：连接计算机各个部件的平台，负责数据传输和部件之间的协调工作。
- 内存（RAM）：临时存储数据和程序的部件，对计算机运行速度有直接影响。
- 硬盘驱动器（HDD/SSD）：用于长期存储数据和程序的设备。
- 显卡（GPU）：处理图像和视频输出的专用硬件。
- 外围设备：包括显示器、键盘、鼠标、打印机等输入输出设备。
3. 计算机软件系统- 操作系统（OS）：管理计算机硬件资源和软件应用的基础软件，如Windows、Linux、macOS。
- 应用软件：为特定任务设计的软件，如文字处理软件、电子表格软件、图像编辑软件等。
- 编程语言：用于编写程序的语言，如C、Java、Python等。
- 数据库管理系统（DBMS）：用于存储、管理和检索数据的软件系统。
4. 计算机网络基础- 网络定义：计算机网络是由多个计算机系统通过通信线路连接起来的集合。
- 网络类型：局域网（LAN）、广域网（WAN）、互联网等。
- 网络协议：规定数据传输格式和通信规则的标准，如TCP/IP、HTTP、FTP等。
- 网络安全：保护网络数据不受未授权访问、破坏或泄露的技术和措施。
5. 信息安全与隐私保护- 信息安全概念：保护信息系统免受未经授权的访问、使用、披露、破坏、修改或破坏的过程。
- 常见威胁：病毒、恶意软件、网络钓鱼、身份盗窃等。
- 安全措施：使用防病毒软件、防火墙、加密技术、定期更新密码等。
计算机系统结构组成
鼠标
如图所示
因外形与老鼠相似而得名，适合菜单式命令的 选择和图形界面的操作，是进行定位的输入设备。 基本操作：定位、单击、双击、右击、拖放
机械鼠标：价格低，易磨损 光电鼠标：定位准，价格较高 无线鼠标：用红外线信号与计算机传递信息
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分类
输出设备
将计算机的运算结果转换成人类能接收
•
•
应用软件
以系统软件为基础，为实现某方面的 应用而编写的软件称为应用软件。
常见的应用软件：word，excel， access，power point，wps，人事管理系统， 辅助教学软件等。
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小结
本节课我们重点介绍了一个
完整的计算机系统的组成结构，
同时也对每一部分做了详细讲解，
几种典型的操作系统：
①Ms-dos：磁盘操作系统，单用户、单任务。 ②Windows：微软公司开发，单用户、多任务。 ③Linux：网络操作系统，多用户、多任务，源代码开放。 ④Unix：网络操作系统，多用户、多任务。 ⑤Netware：网络操作系统，多用户、多任务。
返回系统结构图 继续
2、程序设计工具集 • 程序设计语言发展的三个阶段
① 机器语言： 计算机能够直接识别与执行的语言；由0 和1构成的二进制代码；执行速度快，但通用性和可移植 性差。 ② 汇编语言： 不能被计算机识别与执行；也是面向机器 的语言，与机器语言均属于低级语言。 ③ 高级语言： 不能被计算机直接识别与执行；接近自然 语言，容易理解，通用性和可移植性好。如：c语言， c++， vc，vb，c#，java语言等。 语言处理系统 ①汇编程序：将汇编语言编写的程序编程机器语言程序。 ② 编译程序：将高级语言编写的程序翻译成机器语言目标 程序。相当于“笔译”。 ③解释程序：将高级语言编写的程序一句一句翻译成机器 语言程序。相当于“口译”。 编辑、连接、调试程序 返回系统结构图 继续
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
计算机系统的组成,计算机硬件组成
1、计算机系统的组成计算机是由硬件系统（hardware system）和软件系统（software system）两部分组成的。
硬件部分1、中央处理器中央处理器（Central Processing Unit，CPU）制作在一块集成电路芯片上，也称为微处理器（Micro Processor Unit，MPU）。
计算机利用中央处理器处理数据，利用存储器来存储数据。
CPU是计算机硬件的核心，主要包括运算器和控制器两大部分，控制着整个计算机系统的工作。
计算机的性能主要取决于CPU的性能。
运算器又称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。
操作时，控制器从存储器取出数据，运算器进行算术运算或逻辑运算，并把处理后的结果送回存储器。
控制器的主要作用是使整个计算机能够自动的运行。
执行程序时，控制器从主存中取出相应的指令数据，然后向其他功能部件发出指令所需的控制信号，完成相应的操作，再从主存中取出下一条指令执行，如此循环，直到程序完成。
2、存储器存储器是计算机中的记忆存储部件。
存储器既能够接受和保存数据，又能够向其他部件提供数据。
存储器分为内存和外存两大类。
在计算机系统中，习惯上把内存、CPU合称为主机。
（1）内存储器内存储器分为随机读/写存储器（Random Access Memory，RAM）、只读存储器（Read OnlyMemory，ROM）和高速缓冲存储器（Cache）三类。
内存一般指的是RAM。
硬盘一般指ROM。
（2）外存储器外存储器主要包括硬盘、光盘、U盘和移动硬盘等。
ROM和RAM是计算机内存储器的两种型号，ROM表示的是只读存储器，即：它只能读出信息，不能写入信息，计算机关闭电源后其内的信息仍旧保存，一般用它存储固定的系统软件和字库等。
RAM表示的是读写存储器，可其中的任一存储单元进行读或写操作，计算机关闭电源后其内的信息将不在保存，再次开机需要重新装入，通常用来存放操作系统，各种正在运行的软件、输入和输出数据、中间结果及与外存交换信息等，我们常说的内存主要是指RAM。
计算机的主要组成
计算机的主要组成计算机是由硬件系统和软件系统两部分组成的。
硬件部分（1）电源电源是电脑中不可缺少的供电设备，它的作用是将220V交电源(4张)流电转换为电脑中使用的5V，12V、3.3V直流电，其性能的好坏，直接影响到其他设备工作的稳定性，进而会影响整机的稳定性。
手提电脑中还自带锂电池，便于在无交流电的情况下，为手提电脑提供有效电源。
[2]（2）主板主板是电脑中各个部件工作的一个平台，它把电脑的各个部件紧密连接在一起，各个部件通过主板进行数据传输。
也就是说，电脑中重要的“交通枢纽”都在主板上，它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。
[2]（3）CPU CPU即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制CPU(3张)核心。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
作为整个系统的核心，CPU 也是整个系统最高的执行单元，因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件，很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。
[2]（4）内存内存又叫内部存储器或者是随机存储器（RAM），分为DDR内存和SDRAM内存，（但是SDRAM由于容量低，存储速度慢，稳定性差，现在已经被DDR淘汰了）内存属于电子式存储设备，它由电路板和芯片组内存(3张)成，特点是体积小，速度快，有电可存，无电清空，即电脑在开机状态时内存中可存储数据，关机后将自动清空其中的所有数据。
内存有DDR、DDR II、DDR III三大类，容量1-64GB。
[2]每一代内存频率各有不同比如：DDR 200/266/333/400；DDR2 400/533/667/800；DDR3 1066/1333/1600MHz[3]（5）硬盘硬盘属于外部存储器，机械硬盘由金属磁片制成，而磁片有记忆功能，所以储到磁片上的数据，不论在开机，还是关机，都不会丢失。
硬盘容量很大，目前已达TB级，尺寸硬盘(3张)有3.5、2.5、1.8、1.0英寸等，接口有IDE、SATA、SCSI等，SATA最普遍。
计算机硬件技术基础(第2版) 习题答案 耿增民 孙思云 第2章习题答案
第二章习题答案1．名词解释CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器、控制器和寄存器组构成。
执行单元：执行单元EU是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。
执行单元EU从总线接口单元BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU控制器的指令译码器译码产生响应的操作控制信号送给各部件。
执行单元EU对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到标志（状态）寄存器FR（Flags Register）中。
EU 执行单元由算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器、通用寄存器组和操作控制器电路等部件组成。
总线接口单元：总线接口单元BIU是CPU在内存和各种I/O接口之间的连接部件，负责CPU 与存储器、I/O端口传送数据，核心功能是控制系统总线。
BIU通过系统总线从内存中提取指令送到指令队列缓冲器中。
CPU执行指令时，总线接口单元要配合EU从指定的内存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU或把EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。
或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。
总线接口单元BIU地址加法器、段寄存器、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成。
指令系统：指令是微处理器执行某种操作的命令，微处理器全部指令的集合称为指令系统。
流水线技术：微处理器的流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。
乱序执行：乱序执行（out-of-orderexecution，也可称为错序执行），是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。
分支预测：分支预测（Branch Prediction）是指在指令结果出来之前，能够预测到指令是否产生分支转移。
MMX技术：MMX是Multi-media Extension的缩写，中文为多媒体扩展指令集。
MMX是Intel 公司为增强CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的技术，MMX技术是继Intel386(TM)处理器（将体系结构扩展至32位）之后对Intel体系结构的最重要的加强。
计算机基本结构
计算机基本结构计算机基本结构是指计算机系统中各个组成部分的组织和联系方式，包括硬件和软件两个层面。
硬件层面主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等；软件层面主要包括操作系统、应用程序等。
计算机的基本结构决定着计算机的性能和功能。
一、中央处理器（CPU）中央处理器是计算机硬件中的核心部件，负责执行各种计算和控制指令。
它由运算器（ALU）、控制器和寄存器组成。
运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责解析和执行指令，寄存器用于存储数据和指令。
1. 运算器（ALU）运算器是计算机中的算术和逻辑运算单元，它可以对数据进行加、减、乘、除等各种运算操作，同时还可以进行逻辑运算，如与、或、非等。
运算器的性能直接影响计算机的运算速度和处理能力。
2. 控制器控制器是计算机中的指令解析和执行单元，它负责解析指令、控制各个部件的工作顺序以及处理异常情况。
通过控制器，计算机可以按照指令的要求完成各种操作。
3. 寄存器寄存器是计算机中的高速存储器，用于存储正在运行的指令和数据。
计算机中有多个寄存器，包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等，它们具有不同的功能和用途。
二、存储器存储器是计算机中的数据存储部件，主要分为内存和外存两种形式。
内存是计算机中的主要存储介质，用于存储正在运行的程序和数据；外存则是辅助的存储介质，用于离线存储和长期保存数据。
1. 内存内存是计算机中的主要存储器，分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。
RAM用于存储程序和数据，可读写；ROM用于存储固定的程序和数据，只读。
内存的容量和速度直接影响计算机的性能。
2. 外存外存主要包括硬盘、光盘、U盘等存储介质，用于离线存储和长期保存数据。
外存容量一般较大，但访问速度相对较慢。
三、输入输出设备输入输出设备是计算机与外部环境交互的接口，主要用于数据的输入和输出。
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。
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4.2 信息存储
• 内存的地址是按字节编址。 • 处理器字长一般是8b、16b、32b、64b等之 一，是字节的整数倍。 • 设机器字长为32(4B)位，计算机的指令和数 据可以是字节、半字(16位)、字(32位)、双 字(64位) 。在内存中如何存取呢？
– 填鸭式的存储(不要求对准边界)。只要有空字 节就可以存。 – 要求对准边界。按信息的整数边界原则进行存 储。优点是便于硬件实现。缺点是浪费了存储 空间。
半字(地址12) 字节(地址17) 字节(地址16)
(b)多字节数据对准边界 图 存储器中数据的存放(举例)
• 信息的整数边界原则： 指信息的地址(按字节编址，用存放信息 低８位的字节地址表示)必须是该信息宽度 (字节数)的整数倍。 • 各种宽度的信息地址： 字节地址 ·· ·XXXX 半字地址 ·· · ·XXX0 · 字地址 ·· ·XX00 双字地址 ·· · ·X000 · 其中X为任意二进制数码。
– 算术运算：整数和浮点数的加、减、乘、除等。 – 表征结果的特征：Z,C,V,N – 逻辑运算：与、或、非(反)、异或等，及位操 作指令，如位测试、位清除、位求反等。
• 2、移位操作指令
– 按移位性质分为： 算术移位(需考虑溢出) 逻辑移位 循环移位 – 按移位方向分为： 左移 右移， – 按移位位数分为： 一位 多位 – 算术移位、逻辑移位和循环移位如下图。
– 在指令字中用一个固定长度的字段来表示基本操 作码，而对于一部分不需要某个地址码的指令， 把操作码扩充到该地址字段。
• 例如设某机器的指令长度为16位，包括4位 基本操作码字段和三个4位地址字段，其格 式如下：
15 12 11 8 7 4 3 0
OP
A1
A2
A3
• 如果需要61条指令，其中三地址指令15条， 两地址指令15条，一地址指令15条，零地址 指令16条，应如何安排操作码？
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
45% 28% 17% 5% 3% 1% 1%
00 01 10 1100 1101 1110 1111
2位 2位 2位 4位 4位 4位 4位
• 对于不同数据类型的操作应当用不同的操 作码，如整数加法和浮点加法应当使用不 同的操作码，视为不同的指令。 • 按指令的功能分类，可分为 • 1、算术逻辑运算指令
• 转移地址形成：
– ①相对转移，即执行PC←(PC)+位移量， – ②绝对转移，即PC←目标(有效)地址。
• (3)调用指令与返回指令 • 在编写程序过程中，常常需要编写一些经 常使用的，能够独立完成某一特定功能的 程序段，在需要时能随时调用，以节省存 储器空间和简化程序设计。这种程序段就 称为子程序、过程、函数。 • 通常使用调用指令(过程调用/系统调用/转子 程序) 来实现从一个程序转移到另一个程序 的操作。
4.1 处理器的工作过程简介
• CPU的执行过程： 首先将程序和数据输入计算机的存储器 中，然后从内存中“程序入口(程序执行的 第一条指令的地址)”开始依次取出指令和数 据，并根据指令的要求对数据进行加工处 理，得到需要的结果后，结束运行。 • 因此，控制器控制程序的执行过程实际上 是控制指令的执行过程。
– (1)通过增加机器字长来增加地址码的长度； – (2)采用地址扩展技术，把存储空间分成若干个 段，用基地址加位移量的方法(见寻址方式)来 增加地址码的长度。
4.3.1 操作码
• 若某机器的操作码长度为K位，则它最多只 能有2K条不同的指令。 • 指令操作码的编码格式： • (1)固定格式，即操作码的长度固定，且集 中放在指令字的一个字段(若干连续位)中。 • 例如操作码长度为8位，则最多可有28=256 条指令。 • 优点：简化硬件设计，减少指令译码时间， 在大中型机和超级小型机及RISC上广泛采 用。
4.3 指令格式(机器码格式)
计算机的指令系统对计算机本身的硬件 结构的复杂程度和运行性能，对用户完成 程序设计的难易程度和工作效率，有非常 重要的影响，必须对设计指令系统的工作 给以足够的重视。
完备性: 指令齐全，编程方便 高效性：占内存少，运行省时 规整性：指令与运算规则统一 兼容性：新旧机指令软件兼容
字(地址2) 字节(地址７) 字节(地址6)
半字(地址0) 字(地址4)
半字(地址10)
半字(地址８)
字节(地址15) 字节(地址14) 字节(地址13) 字节(地址12) (a)不要求对准边界 半字(地址0) 半字(地址10) 字(地址4) 字节(地址9) 字节(地址8)
字节(地址15) 字节(地址14)
• 条件码建立与转移判断：
– ①在转移指令中先完成比较运算，然后根据比 较的结果来判断转移条件是否成立，如果条件 为“真”则转移，否则顺序执行下一条指令。 – ②由转移指令之前的指令来建立条件码，转移 指令根据条件码来判断是否转移。 – 条件码：进位C、结果为零Z、结果溢出V、结 果为负N、奇偶校验P。
第4章
计算机的核心部件—处理器
学习指南
• 中央处理器(CPU) 由运算器和控制器组成(集 成在一个芯片上)。 • 掌握控制器的工作原理、逻辑设计要点为目 标。 • 掌握计算机运行过程中各硬件部件的作用。 • 掌握控制器控制各个部件的工作过程及实现 方法。 • 控制器可以分为硬连线控制器和微程序控制 器两大类。本章将结合EDA工具介绍CPU的 设计，达到事半功倍的效果。
对指令系统的要求
• 一条指令必须包含下列信息。 • (1)操作码。说明操作的性质及功能，具有 唯一性。通过识别该操作码来完成不同的 操作。 • (2)操作数地址。可以直接给出操作数或者 指出操作数的存储器(寄存器)地址。 • (3)操作结果的存储地址。 • (4)下一条指令的地址。当程序顺序执行时， 下一条指令的地址由程序计数器(PC)指出； 仅当改变程序的执行顺序时，下条指令的 地址才由指令给出。
• 一种方法如下：
(1)15条三地址指令 0001 … 1111 0000
(扩展到A1)
(3)15条一地址指令 0000 0000 0001 … 0000 0000 1111 0000 0000 0000 (操作码扩展到A3) (4)16条零地址指令 0000 0000 0000 0000 … 0000 0000 000 01111
堆栈及堆栈操作指令
• 堆栈是由若干个连续存储单元组成的先进后 出存储区，所有的数据操作都在栈顶进行。 • 栈底是固定不变的，而栈顶是随着数据的入 栈和出栈在不断变化。 • 可以用一个寄存器或存储器单元指出栈顶的 地址，这个寄存器或存储器单元称为堆栈指 针SP。
• 用于堆栈访问的指令
(1)压栈指令(PUSH)是把指定的操作数送入堆栈 的栈顶。 (2)弹出指令(POP)是把栈顶的数据取出，送到 指令所规定的目的地。 向下生长的栈－－从高地址向低地址扩展。 向上生长的栈－－从低地址向高地址扩展。
• 按栈的生长方向，堆栈分：
• 设栈为向下生长的栈，且按字节编址，操作数为2 字节。 压栈指令 弹栈指令 PUSH OPD POP OPD 其操作是 (SP)-２→SP 其操作是 ((SP))→OPD OPD→(SP) (SP)+２→SP
• 指令格式
操作码 操作数地址
• 操作码指本条指令执行什么操作。 • 地址码指明操作数的来源(源地址)与运算结 果的去向(目的地址)。
字长与指令长度的关系
• 字长是指计算机直接处理二进制数据的位 数。 • 通常机器字长/指令长度都是字节长度的整 数倍。 • 指令长度=f(操作码长度, 操作数地址长度, 操作数地址的个数)
• 问题：如何区分内存中某单元的内容是数 据还是指令？
– 一般用户无法区分； – 程序员可以事先安排好； – 处理器在取指令周期取出的是指令，否则取出 的是数据。
• 处理器支持的指令集构成了该处理器的指 令系统。指令系统功能越强，处理器也就 功能越强。
• 指令系统分类
–精简指令系统的计算机RISC，其特点是：提供数 目较少、格式与功能简单、运行高效的指令，追 求的是计算机控制器实现简单，运行高速，更容 易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来。 –复杂指令系统的计算机CISC, 其特点是：指令条 数多，格式多样，寻址方式复杂，每条指令的功 能强，优点是汇编程序设计容易，但控制器实现 困难，很多指令被使用的机会并不多。
• 子程序调用与条件、无条件指令的主要区别：
– 子程序调用需要保存返回地址，即返回到原调 用的程序继续执行子程序调用指令的下一条指 令。 – 返回地址一般保存在堆栈中，随同保存的还有 状态寄存器。 – 返回Return指令从堆栈中取出返回地址。
• (4)陷阱(Trap)与陷阱指令 • 在计算机运行过程中，有时可能出现电源电 压不稳、校验错、输入/输出设备出现故障、 非法操作码等意外情况，使得计算机不能正 常工作，若不及时采取措施处理这些故障， 将影响到整个系统的正常运行。因此，一旦 出现故障，计算机就发出陷阱信号，并暂停 当前程序的执行(称为中断)，转入故障处理 程序进行相应的故障处理。 • 陷阱指令一般作为隐含指令不提供给用户使 用，只有在出现故障时，才由CPU自动产生 并执行。
• 由于程序(指令序列)预先存放在存储器中， 所以指令执行的过程分为取指令和执行指令。 如下图。
• 假设程序和数据已经存放在内存中，执行 指令执行步骤如下(要求记下来)：
– 根据程序计数器PC的内容从内存中取出一条指 令，放置于指令寄存器IR中。 – 分析IR中的操作码，决定应执行的操作。 – 根据IR的地址码取出参加运算的操作数。 – 对操作数进行运算。 – 根据IR的地址码把运算结果存放指定地址。 – 本条指令执行完毕，修改PC内容决定下一条指 令所在的地址。
(2)15条二地址指令 0000 0001 … 0000 1111 0000 0000
(操作码扩展到A2)