计算机系统的基本组成和它的层次结构

计算机系统的基本组成和它的层次结构 第1章 学习指导 第1章 概述 1(学习本章时要从层次结构的观点出发，认识完整计算机系统的基本组成。对计算机硬件子系统要从计算机的体系结构、计算机组成和计算机实现3个部分的知识来了解，并且要搞清楚它们之间的联系与区别，这就是学习本门课程的主脉络 2(认真了解本章要求达到的学习目标有哪些。 3(利用网络课程学习，不同于我们一般的课堂教学。因为网络课程的学习内容是按各章 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 安排的，所以在学习中，我们特别强调要掌握本章的知识结构——知识树，如图所示。而且要学会利用“课程索引”寻找相关的内容。 第1章 教学辅导 单元1 计算机系统的基本组成和它的层次结构 学习目标 1(要求掌握计算机系统由哪些基本部件组成的，每个部件的 基本作用。 2(掌握硬件系统有哪几个层次。 计算机系统的含义是什么,这可以从它所完成的功能和相应 的组成两个方面来加以回答。从它所完成功能的角度看，计算机系 统应该能完成原始数据的输入、存储、对数据的运算和处理、并把 计算处理的结果输出出来这样4项操作功能。为此，一台计算机的 硬件系统至少需要由下述几个相互连接在一起的部件和设备组成， 如图1,1所示。 图1,1 从组成的角度，图中用5个方框图给出了计算机硬件系统的5个基本组成。其中数据输入设备完成对原始数据的输入功能;数据存储部件完成对数据的存储功能;数据运算部件完成对数据的运算处理功能;结 果输出设备完成对运算处理结果的输出功能;而控制器部件的功能则是向系统各个部件或设备提供它们协调运行所需要的控制信号。 图中上部称为部件的3个组成部分，通常是使用电子线路实现的，安装在一个金属机柜内或者印制电路板上，被称为计算机的主机。左边的数据运算部件和计算机控制部件，合称为中央处理器(CPU，center processing unit)，又称其为计算机的处理机(processor)。 图中下部的2个设备，通常是使用精密机械装置和电子线路共同制作出来的，合称为输入输出设备，又称其为计算机的外围设备。 图中中部画出的是连接计算机各部分的公共信号线，称为总线。总线通常由三种信号线组成，分别是:数据总线，用于在这些部件或设备之间传送数据信息(指令和数据)的电气信号;地址总线，用于在这些部件或设备之间传送属于地址信息的电气信号，以选择数据存储部件中的一个存储单元，或者外部设备中的一个设备;控制总线，用于向存储部件和外部设备传送起控制作用的电气信号，也就是指定在CPU和这些部件或者设备之间数据传送的方向以及操作的性质(读操作还是写操作)等。计算机的5个组成部分是通过总线被有机地连接在一起，从而构成一台完整的、可以协调运行(执行程序)的计算机硬件系统。 在硬件组成的基础之上，计算机系统还必须有它的软件部分。软件包括: , 语言支持程序，即汇编语言和高级程序设计语言、各种专用目的 的语言。 , 操作系统。操作系统的存在，为使用计算机的用户提供了许多支 持，同时与程序设计语言相结合，使得程序设计更简化，建立用 户的应用程序和操作计算机更方便。 , 在操作系统软件之上还包括，例如，文字处理软件，数据库软件， 网络软件，多媒体信息处理软件，办公自动化软件等等。 综上所述，计算机系统是由硬件和软件两大部分(两类资源)组成的。 还可以从计算机硬件设计和实现所涉及到的知识面之间的关系，依照如下的层次观点(计算机系统是由多个不同层次的内容组成的)来认识计算机硬件系统的组成。 第一个层次，是数字逻辑层。现在的计算机，通常说的都是电子数字计算机，作为计算机一词的定语，“电子”一词指明的是实现计算机最重要的物质材料是电子线路，“数字”一词所指明的是所用是数字逻辑电路，直接处理的是离散的数字信息。设计计算机硬件的最基础的知识就是数字逻辑和数字门电路，解决的基本问题是:使用何种线路和如何存储信息，使用何种线路和如何传送信息，使用何种线路和如何运算与加工信息等方面的问题。 第二个层次，是微体系结构层。计算机最核心、本质的功能是执行程序，程序是按一定规则和顺序组织起来的指令序列。第二个层次体现的是，为了执行指令，需要在计算机中设置哪些功能部件(例如:存储、运算、输入和输出、接口和总线等部件，当然还有更复杂一点的是控制器部件)，每个部件又如何具体组成和怎样运行，这些部件如何实现相互连接并协同工作等方面的知识和技术。这是本教材的重点、也算是难点内容。 第三个层次，是指令系统层。这涉及到需要确定使用哪些指令，指令能够处理的数据类型和对其运算所用的算法，每一条指令的格式和完成的功能，如何指出想要对其执行读操作或者写操作的存储器的一个存储单元，如何指出想要执行输入或者输出操作的一个外部设备。一台计算机的指令系统，对计算机厂家和用户来说，都是很重要的一件事情，需要非常认真仔细地分析和对待。 单元2 计算机系统的体系结构、组成和实现概述 学习目标 1(了解什么是计算机的体系结构、计算机组成、计算机实现的基本概念。 2(了解这三个概念的联系与区别。 计算机的体系结构(computerarchitecture)，通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。这其中最重要的问题都直接和计算机的指令系统有关，例如计算机的字长，计算机硬件能够直接识别和处理的数据类型及其 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示、存储、读写方式，指令系统的组成，指令类别、格式和功能，指令中使用的寄存器数量和表示方法，支持的寻址方式，存储器、输入输出设备和CPU之间数据传送的方式和控制，也包括中断的类型和处理流程，系统中对各类信息的保护，计算机运行状态的定义和切换，对各种运行异常或者出错的检测和处理方案等等，这些都是程序设计人员编写出高质量程序并确保其正常运行必须深入了解的计算机的有关属性。计算机体系结构主要研究硬件和软件功能的划分，确定硬件和软件的界面，即哪些功能应划分给硬件子系统完成，哪些功能应划分到软件子系统中完成。 计算机组成(computerorganization)，是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。从这一点又可以说，计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。为了实现相同的计算机体系结构所要求的功能，完全可以有多种不同的计算机组成 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 。因为半导体器件性能的提高，新的技术成果的面世，或者又有新的价格/性能比的需求出现，都会带来计算机组成的变化。 在计算机组成的领域内，需要重点解决的问题之一是合理的性能价格比，关键的技术措施在于处理好计算机内部的数据流和控制流，合理地匹配各功能部件的性能参数，也就是尽力避免因一个部件形成的“瓶颈”问题而影响计算机的整体性能。例如，对运算器部件，可以通过实现数据运算的流水线处理和设置多个运算功能部件，在运算器内安排更多的寄存器等措施以提高其处理数据的能力;对控制器部件，可以通过指令预取，指令流水线处理，多指令流水线，选用RISC (reduced instruction set computer)结构设计方案等措施以提高执行指令的速度;对存储器部件，使用由高速缓冲存储器、主存储器、虚拟存储器构成的层次结构的存储系统，使用由可以交替运行的多个存储器构成的多体结构，使用性能更高的改进型的存储器芯片等措施，以提高存储器系统的存储容量和读写速度。对输入输出设备，实现通道、外围处理机等方式，合理地设置缓冲器和排队策略，配备速度更快的设备，配备更多数量的设备，以提高单位时间内数据输入输出的流量。对计算机系统而言，关键是尽可能地使计算机各个功能部件都以自己所具有的高速度运行，避免或者减少不同功能部件彼此之间的相互制约和等待现象，例如通过支持多线程、多进程、多道程序、多任务等措施，选用最合理的资源调度算法和分配策略，以便最大限度地提高系统的资源利用率。 计算机实现(computerimplementation)，是计算机组成的物理实现。包括中央处理机、主存储器、输入输出接口和设备的物理结构，所选用的半导体器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分，电源、冷却、装配等技术，生产工艺和系统调试等各种问题，一句话，就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机，也就是把满足设计和运行、价格等各项要求的计算机系统真正地制作并调试出来。 计算机体系结构，计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含义也会有所改变。在某些情况下，有时也无需特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。