开发板硬件结构
第一章开发板硬件结构
OpenM3V开发板，是作者专门为本书设计的硬件原型，采用了ST公司基于M3核的STM32F103VB，可通过ISP下载及JTAG方式调试和下载。
开发板上提供了众多的功能部件，都是工程师在实际应用中常用和必需要使用的模块，充分使用这些模块能尽可能的发挥STM32系列的性能。这些功能模块包括有键盘和LED灯功能部件；I2C方式接口的EEPROM储存器电路；两个RS232串口电路；简单AD采集电路，语音AD采集电路；CAN接口电路；USB 接口电路；JTAG接口电路；后备供电电路；SPI方式接口的FLASH储存器接口电路模块，SPI方式接口的SD卡电路，SPI方式接口的128*64点阵液晶接口电路，SPI方式接口2.4G无线通信模块接口电路，SPI方式接口的779 MHz 至928MHz频段无线模块接口电路；PWM方式调光电路，PWM方式语音输出电路，连接直流无刷电机驱动板的接口电路等众多功能模块电路，同时结合灵活的跳线，所有的IO口都可以单独引出，极大的方便读者进行嵌入式开发实验。
1.1电路原理图
OpenM3V开发板硬件原理图如图1-1-1，1-1-2，1-1-3，1-1-4，1-1-5所示。
图1-1-1 芯片最小系统部分
图1-1-2
图1-1-3
1.2 原理图说明
1.2.1电源电路
STM32系列的工作电压(VDD)为2.0～3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源。当主
电源VDD掉电后，通过VBA T脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器提供电源。OpenM3V开发板电源电路如图1-2-1所示，使用USB口输入5V电源，通过电容滤波和电感对瞬态电流的限制，使用LM1117为系统提供稳定的3.3V电源。当系统供电后，有一指示灯被点亮，提示系统处于供电状态。
图 1-2-1 电源电路
STM32F103V系列具有独立的模拟电源引脚，为了提高模拟系统的抗噪性，模拟部分应该与数字部分分开供电，如图1-2-2所示。在电路上，使用L1，L2 ，C5，C6用于模拟电路部分隔离来自数字电路部分的噪声。
图1-2-2
1.2.2系统复位电路
在STM32系列芯片中，由于有完善的内部复位电路，外部复位电路就特别简单，只需要使用阻容复位方式就可以，图1-2-3是系统的复位电路。
图1-2-3 复位电路图
1.2.3时钟电路
STM32系列的控制器可以使用外部晶振或外部时钟源，经过内部PLL或不经过内部PLL为系统提供参考时钟，也可以使用内部RC振荡器经过或不经过内部PLL为系统提供时钟源。当使用外部晶振作为系统时钟源时，外部晶振的频率在4MHz—16MHz，可以为系统提供精确的系统参考源。
OpenM3V开发板使用8MHz外接晶振为系统提供精确的系统时钟参考，使用32.768kHz低速外部晶体作为RTC时钟源，连接到芯片的PC14、PC15脚。具体电路见图1-2-4所示
图1-2-4 晶振电路图
1.2.4JTAG接口电路
OpenM3V开发板采用标准14脚JTAG仿真调试接口。14脚JTAG仿真调试接口信号定义与STM32F103VB连接如图1-2-5所示。注意，当用户不使用JTAG口，而是作为普通IO口使用时，要注意其口线上的上拉和下拉电阻的影响，当然也可以焊下这些电阻不用。
图1-2-5 JTAG接口电路
1.2.5串口电路
STM32系列芯片有2-5个不等异步串口，STM32F103VB拥有3个异步串口。开发板通过一片MAX3232把串口1和串口2的3.3V电平转换为RS232电平。通过一个跳线组J5，可以把这些端口与串口部分电路断开或相连接。当跳线帽短接时，连接芯片引脚的到串口电平转换电路，当跳线帽断开时，这些脚可以作为通用IO口用。
开发板上，STM32F103VB的PA10（69脚）对应RX1，PA9（68脚）对应TX1，PA3（26脚）对应RX2，
PA2（25脚）对应TX2。这两个串口的数据发送端连接到DB9母头的2号脚，数据接收端连接到DB9母头的3号脚，DB9接头与PC机串口相接时，使用直连串口线相连接。同时串口1可以作为程序ISP下载的接口。具体电路见图1-2-6所示
图1-2-6 串口电路图
1.2.6键盘电路
OpenM3V开发板有独立的7个按键，分别为K1—K7，如图1-2-7所示所示。由于STM32F系列芯片的每一个引脚都可以定义为中断脚，也可以定义这些按键作为外部中断输入口，或用作唤醒在睡眠或停机状态的CPU。
开发板上，PE0连接K1,PE1连接K2…PE6连接K7。虽然所有的STM32F系列芯片内部都有上拉和下拉选项，在此处加上上拉电阻只是更好的说明这个上拉电阻的作用。在对功耗要求很严的应用中，按键的上拉电阻阻值应相应取大一点，以减少这一部分的电流消耗。在按键的两端，加上一个电容，它能旁路掉一定量的键盘按下和松开时的抖动，其值在0.1uF到1.0uF间，此处采用0.1uF电容。
按键按下时，采集到的电压值为低，按键松开时，采集到的电压值为高。通过判断连接到芯片IO口电压的高低来判断按键的状态。
图1-2-7 按键电路图
1.2.7LED灯电路
OpenM3V开发板有独立的8个LED灯，使用IO口来控制，分别是使用PD0控制LED1，PD1控制LED2…PD7控制LED8。当IO口为高电平时，LED灯灭，当IO口为低电平时，LED灯亮。具体电路如图1-2-8所示。
图1-2-8 LED电路图
同时还有一路使用PWM来模拟DAC输出可以调光输出的LED灯，电路如图1-2-9所示。PWM_V连接芯片的PD14脚，也即重映射TIM4的CH3脚。
图1-2-9 PWM驱动电路图
1.2.8I2C接口电路
STM32F103VB具有2路均支持400KHz高速通信模式的硬件I2C电路接口。在开发板上使用一片具有I2C接口的EEPROM储存器芯片24C02，可以通过I2C接口实现数据的读写等操作。电路图如图1-2-10所示，24C02连接到STM32F103VB的I2C_2接口，使用跳线J6与系统相接。只有到跳线帽短接时，I2C_2接口的连接到24C02芯片上，当断开时，I2C_2接口可以用作普通的IO口。
I2C总线上拉电阻的值与总线速度有关，当总线速度高达400KHz时，应使用1K的电阻，可以实现快速的总线上升和下降变化。当使用标志的100KHz总线速度时，可以选用5.6K或10K总线上拉电阻，以降低总线操作时的功率消耗。为了兼容高速总线，此处选用1K总线上拉电阻。
图1-2-10 24C02接口电路图
1.2.9ADC电路
STM32F103VB具有2个12位模数转换器，共有17个通道，转换速率高达1000KHz。具有独立的参考电源引脚。开发板通过跳线J12可以选择经过隔离的3.3V或语音采集电压参考，也可以直接从需要的地方引入参考电压。注意J12跳线最多只能选择一个，开发板初始状态时参考源选择VREF_3.3。具体跳线电路如图1-2-10
图1-2-11 ADC参考跳线图
OpenM3V开发板提供一路直流电压测量电路，一路语音采集电路。直流电压采集电路如图1-2-12所示，直流电压连接到ADC_13脚。可调电阻调节输入到ADC的电压，在VIN点可以通过万用表测出电压值。开发板上直接使用电源作为参考源，不能满足高精度的电压测量，也没有发挥出12位ADC的性能，如果需要完全发挥STM32F103VB芯片ADC的性能，需要使用精密参考源引入VREF+脚。
图1-2-12 直流电压采集电路
1.2.10USB电路
USB外设实现了USB2.0全速总线接口。USB外设支持USB挂起/恢复操作，可以停止设备时钟实现低功耗。 ST-EasyM3开发板通过USB接口提供电源，接口电路如图1-2-13所示。
通过J2跳线可以断开和接通USB电路，通过J1可以选择通过CPU控制上拉还是始终选择上拉。
如果选择CPU来控制上拉，则通过PC11来控制。
图1-2-13 USB接口电路
1.2.11CAN电路
bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。CAN主要用于对安全紧要的应用，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。 STM32F103VB芯片有一路硬件CAN接口，电路图1-2-14所示。通过跳线J3来连接和断开芯片与CAN驱动的连接，使用65HVD230驱动芯片连接到CAN总线上。使用J4跳线来选择使用使用终端200欧网络电阻。
图1-2-14 CAN 接口电路图
1.2.12语音采集和语音播放电路
STM32F103VB芯片拥有性能优越的ADC和高效的PWM输出，可以充分使用芯片的资源来进行语音的采集和语音输出。图1-2-15是语音采集和语音输出的电路图。
语音采集使用ADC_1，使用语音采集时，ADC参考源要选择（J12）VREF_MIC。语音采样使用18KHz/S 的采样频率，使用12位数据。语音输出PWM频率为18K，与语音采样速率一样。
我们可以通过PC机或MP3等设备输入音频信号，通过STM32采集，然后通过PWM方式输出来，通过扬声器或耳机复现，实现语音采集和语音播放。
图1-2-15 语音采集和播放电路
1.2.13SPI接口电路
串行外设接口(SPI)允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，并为外部从设备提供通信时钟(SCK)。接口还能以多主配置方式工作。它可用于多种用途，包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输。
STM32F103VB具有2路SPI接口，最高速度可以达到18MHz。ST-EasyM3开发板上拥有众多的SPI 接口设备，通过SPI可以很容易的连接众多设备，实现与这些设备的高速通信。
开发板上的SPI接口设备非常丰富，有2.4G无线模块接口，863MHz—925MHz频率无线模块接口，SD卡接口，128*64点阵液晶接口，FLASH储存器接口和TF/SD卡接口。
1》2.4G无线接口，其电路如图1-2-16所示。通过J8跳线来连接和断开与2.4G无线模块控制口线与芯片的连接。L4和C22及C23为无线模块电源进行滤波，保证无线模块电源的干净度。STM32F103VB
芯片的SPI2接口与无线模块的SPI接口相连。
图1-2-16 2.4G无线模块
2》830MHz—925MHz无线模块接口，其电路如图1-2-17所示。通过J11来接通和断开芯片与模块的连接。L5、C56和C57为无线模块电源进行滤波，以保证无线模块电源的干净度。STM32F103VB芯片的SPI1与无线模块的SPI接口相连。
图1-2-17 ISM工业频段无线模块
3》128*64点阵LCD模块接口，其电路如图1-2-18所示。通过J7跳线来连通和断开芯片与LCD 点阵模块的连接。在开发板上，相应的放置了点阵液晶模块所必须的元器件。当要使用点阵液晶模块时，J7跳线必须全部短接。
图1-2-18 128*64点阵模块接口电路
4》SD/TF卡接口，其电路如图1-2-19所示。通过跳线J9来选通和断开芯片与SD/TF卡的连接。通过SD_POWER口线来控制SD/TF卡的供电，可以重新复位SD/TF卡。通过对SD_FIND口线电平的判断，来识别SD/TF卡是否插入。当SD/TF卡供电时，LED11灯将被点亮。
图1-2-19 TF/SD卡接口电路
5》FLASH储存器接口，其具体电路如图1-2-20所示。通过J10跳线来接通和断开芯片与FLASH 储存器的连接。在开发板上有一片具有SPI接口的FLASH储存器芯片SST25V016B，可以通过SPI接口高速的实现数据的读和写操作，SST25V016B连接到芯片的SPI2接口。
图1-2-20 FLASH接口电路
1.2.14电机驱动板接口电路
STM32F系列芯片中，至少有一个高级定时器，这个定时器的许多功能是为方便控制电机设立的。开发板上的电机驱动板接口，其具体电路如图1-2-21所示。在J13接口中引入了T1_CH1、T1_CH1N、
T1_CH2、T1_CH2N、T1_CH2、T1_CH2N用于控制电机的三相六极；T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3用于连接霍尔传感器，T4_1_B1、T4_2_B2用于连接编码器；ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T用于采集三相电流和驱动板上的温度；T1_BKIN用作紧急按钮用。同时可以为开发板提供3.3V和5.0V电源。
图1-2-21 电机驱动板接口
1.3 开发板元器件布局图
OpenM3V开发板原件布局如图1-3-1所示。
图1-3-1 开发板元器件图
1.3.1跳线器说明
OpenM3V开发板跳线器说明一览表见表1-3-1。
开发板上的众多功能模块，可以通过跳线与芯片连接或断开。开发板上绝大部分采用2针跳线，跳线器的两边均标记有其相应的功能符号，当跳线短接时，CPU连接功能模块，当跳线断开时，CPU和功能模块断开，可以作为普通的IO口用。在这12个跳线块中，J1，为三端跳线，可以选择跳接GND和USB_ABLE，J12为参考电源跳线块，当使用ADC模块时，必须选择一个参考源。一般测试可以选用VREF_3.3，当使用语音采集电路时，可以选择VREF_MIC。
切记，参考源只能跳接一个，跳接VREF_3.3时，就不能接VREF_MIC，反之一样。J5跳线块为接通UART1和UART2用，当使用UART1时，必须跳接TX1和RX1这两个跳线，当使用UART2时，必须跳接TX2和RX2。其他的跳线块在使用器功能部件时必须全部跳接上。
下面对每一个跳线器做详细的说明：
J1 USB上拉电阻控制
J1跳线器，其在开发板上位置见图1-3-2所示，是惟一的三端跳线器，跳线器的中间引脚连接上拉电阻控制端。当跳线帽跳接到GND端时，中间引脚连接到GND，这时控制端口接入低电平，电路导通，使能上拉电阻。当跳线帽端口跳接到USB_ABLE端口时，上拉电阻控制端与芯片的PC11端口相连，当PC11输出高电平时，电路截止，失能上拉电阻，当PC11输出低电平时，电路导通，使能上拉电阻。这时可以在程序中来控制上拉电阻是否有效。
J2 USB接口
通过跳线器J2的选择，STM32F103VB的USB数据引脚USBDP和USBDM连接到USB接口电路和USB 插座上，可以通过USB进行数据通信。J2跳线器和USB接口在开发板上位置见图1-3-2所示。
图1-3-2 USB和CAN功能模块在PCB电路板上的位置图J3 CAN接口
通过跳线J3的选择，STM32F103VB的CAN总线CANRX和CANTX链接到CAN总线驱动器上，可以实现CAN总线通信。开发板上的CAN总线驱动器没有采用隔离电源和实行电气隔离，在真正的实际应用中，隔离是必不可少的，由于需要隔离，增加了CAN总线的使用成本。J3跳线器及CAN接口在开发板上的位置见图1-3-3所示。
J4 终端网络电阻
当此设备处在CAN总线的终端是，通过J4跳线选择接入200欧的终端电阻。当此设备不是CAN总线终端设备时，去掉J4跳线帽，断开终端电阻。J4跳线器在开发板上的位置见图1-3-3所示。
J5 UART串口
通过J5跳线器的选择，STM32F103VB的UART1和UART2引脚连接到MAX3232转换芯片上，进而连通道DB9插座上，从而可以进行串口通信。当短接RX1和TX1跳线帽时，UART1串口被连接，当短接RX2和TX2时，UART2串口被连接。UART1和UART2可以独立被连接使用。J5跳线器及串口在开发板上的位置见图1-3-4所示。
图1-3-4
J6 I2C接口
通过跳线器J6的选择，STM32F103VB芯片的I2C总线SCL2和SDA2将与开发板上的24C02相连，芯片可以通过I2C总线对24C02进行读或写操作。J6和24C02在开发板上具体位置见图1-3-5所示。
图1-3-5
J7 点阵液晶接口
通过跳线器J7的选择，STM32F103VB芯片可以连接到128*64点阵液晶模块上，以驱动液晶模块。芯片通过PD8脚控制液晶模块A0口，以实现数据和指令的转换，通过PD9脚来控制液晶模块的复位脚，通过PD10脚来作为SPI选择液晶模块的片选脚。液晶模块连接到芯片的SPI2接口。J7跳线器和128*64液晶模块接口在开发板上的具体位置见图1-3-6所示。开发板标准配置没有此液晶模块。
图1-3-6
J8 2.4G无线模块接口
通过跳线器J8的选择，STM32F103VB芯片可以连接到2.4G无线模块上，以驱动无线模块实现数据的无线通讯完成。开发板上标准配置没有2.4G无线模块，其具体位置见图1-3-7所示。
图1-3-7
J9 SD/TF卡
通过跳线器可以选择，STM32F103VB芯片的SPI1可以连接到SD/TF卡接口上。由于TF卡广泛应用于手机和数码设备中，在通用的容量下，有更小的体积，在市场中的占有量大大超过SD卡，具有更大的通用性，在开发板上没有选用大多数开发板选用的SD卡座，而是选用了更加通用的TF卡座。
短接跳线器J9，芯片通过PA0脚，可以控制SD/TF卡的电源开关；芯片通过对PC2脚电平的读取，可以获知TF卡是否插入到卡座中；PA4为SP1是否选择TF卡通讯的片选脚。J9跳线器和TF卡座在开发板上具体位置如图1-3-8所示。
J10 FLASH存储器
通过跳线器J10可以选择，芯片的SPI2接口可以连接到FLASH存储器SST25VF016B芯片上，通过SPI 对SST25VF016B进行读写操作。J10跳线器在板上的具体位置见图1-3-5所示。
J11 工业ISM频段模块
通过跳线器J11的选择，STM32F103VB芯片可以连接到工业ISM频段无线模块上，以驱动无线模块实现数据的无线通讯完成。开发板上标准配置没有工业ISM频段无线模块，J11跳线器和工业ISM频段无线模块在开发板上的具体位置见图1-3-9所示。
图1-3-9
J12 ADC参考电源
通过跳线J12可以选择不用的ADC转换标准源。J12跳线只能选择一个，或者不选择。J12跳线器绝对
不可以同时选择，这是和其他跳线器要区别的地方。当使用ADC采集语音数据时，需要把J12跳线器的VREF_MIC短接，VREF_3.3要断开；当进行一般ADC转换测试时，短接VREF_3.3，断开VREF_MIC跳线。也可以从别处引入标准电压源到VREF+端，这时，不能跳接任何一个跳线帽在J12上。J12跳线器在开发板上具体位置见图1-3-9所示。
1.3.2 硬件资源使用
表1-3-2是开发板芯片资源使用情况表
计算机组成与结构
第1章计算机组成与体系结构 根据考试大纲，本章内容要求考生掌握3个知识点。 （1）构成计算机的各类部件的功能及其相互关系； （2）各种体系结构的特点与应用（SMP、MPP）； （3）计算机体系结构的发展。 1.1 计算机体系结构的发展 冯·诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏形，它由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备组成。现代的计算机系统结构与冯·诺依曼等人当时提出的计算机系统结构相比，已发生了重大变化，虽然就其结构原理来说，占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机，但是，计算机系统结构有了许多改进，主要包括以下几个方面。 （1）计算机系统结构从基于串行算法改变为适应并行算法，从而出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。 （2）高级语言与机器语言的语义距离缩小，从而出现了面向高级语言机器和执行高级语言机器。 （3）硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，从而出现了面向对象操作系统机器和数据库计算机等。 （4）计算机系统结构从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，从而出现了数据流计算机和归约机。 （5）为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机。 （6）为了获得高可靠性而研制容错计算机。 （7）计算机系统功能分散化、专业化，从而出现了各种功能分布计算机，这类计算机包括外围处理机、通信处理机等。 （8）出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。 （9）出现了处理非数值化信息的智能计算机。例如自然语言、声音、图形和图像处理等。 1.2 构成计算机的各类部件的功能及其相互关系 计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。
硬件结构图
FPGA CPU (NIOSII 处理器) PLL PWM 模块PWM 模块IIC 模块 SDRAM EPCS LCD 显示 电源模块 电源模块电机驱动 1 电机驱动 2 MPU6050 MPU6050电机1 电机2编码器2 蓝牙模块 编码器1 如上图所示整个系统设计以DE0-Nano 平台为中心。FPGA 通过嵌入Nios II 核与 外部存储器EPCS 配置芯片、SDRAM 、IIC 模块、PWM 模块、实现了SOPC 系 统。Nios II 通过MPU6050读取平衡车的车轮运动加速度和外力引起的角加速度实现对车身倾角的测量；然后根据倾角的大小控制相应的PWM 模块对左右两个电机的控制，最终实现对小车保持平衡、加速运动以及转弯的基本运动的控制。同时通过编码器及时的将电机的状态反馈回来，从而实现精准控制。 SOPC 的硬件配置文件和软件文件都存储在EPCS 芯片中，当FPGA 上电后，硬件逻辑通过EPCS 芯片配置成功后，读取SOPC 的软件文件并转到 FPGA 电源 键盘 TFT LCD EPCS SDRAM ADC 控制 器 FIFO PLL CPU （NIOS II 处理器） 模数转换器ADC 信号调理电路
SDRAM中，软件是的运行在SDRAM中。 最后为了方便调试我们增加了LCD显示功能和蓝牙模块，实现对程序状态的显示和数据的传输。 独到之处： 第一，我们设计的FPGA的教学平台是一个基于移动机器人（两轮平衡车），因此更容易激起学生们的兴趣。但如以后推广之后，就要对成本和功耗都要做严格的考虑，而Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA也实现了低功耗、高性能和低成本。 1、降低系统成本 所有Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA只需要两路电源供电，简化了电源分配网络，降低了电路板成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。而且，利用灵活的收发器时钟体系结构，您可以充分利用收发器所有可用资源，实现多种协议。利用Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA的灵活性和高度集成特性，您可以设计体积更小、成本更低的器件，降低系统总成本。 2、降低功耗 采用经过优化的60-nm低功耗工艺，Cyclone? IV EP4CE22F17C6N FPGA 拓展了前一代Cyclone III FPGA的低功耗优势。最新一代器件降低了内核电压，与前一代产品相比，总功耗降低了25％。 第二，作为教学平台必须有全面的设计资源，而Altera提供全面的Cyclone IV FPGA设计环境，包括： 1、Quartus II 开发软件 2、成熟的IP库 3、Nios II -世界上最通用的嵌入式处理器
计算机原理与体系结构
[模拟] 计算机原理与体系结构 选择题 第1题： 中断响应时间是指(1) 。 A.从中断处理开始到中断处理结束所用的时间 B.从发出中断请求到中断处理结束后所用的时间 C.从发出中断请求到进入中断处理所用的时间 D.从中断处理结束到再次中断请求的时间 参考答案：C 第2题： A.13 B.183 C.193 D.203 参考答案：D 第3题： 在单指令流多数据流计算机(SIMD)中，各处理单元必(3) 。 A.以同步方式，在同一时间内执行不同的指令 B.以同步方式，在同一时间内执行同一条指令 C.以异步方式，在同一时间内执行不同的指令 D.以异步方式，在同一时间内执行同一条指令 参考答案：B 在计算机中，最适合进行数字加减运算的数字编码是(4) ，最适合表示浮点数阶码的数字编码是(5) 。 第4题： A.原码 B.反码 C.补码 D.移码
参考答案：C 第5题： A.原码 B.反码 C.补码 D.移码 参考答案：D 操作数所处的位置，可以决定指令的寻址方式。操作数包含在指令中，寻址方式为(6) ；操作数在寄存器中，寻址方式为(7) ；操作数的地址在寄存器中，寻址方式为(8) 。 第6题： A.立即寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 参考答案：A 第7题： A.立即寻址 B.相对寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址 参考答案：C 第8题： A.相对寻址 B.直接寻址 C.寄存器寻址 D.寄存器间接寻址
参考答案：D 第9题： 两个同符号的数相加或异符号的数相减，所得结果的符号位SF和进位标志CF 进行(9) 运算为1时，表示运算的结果产生溢出。 A.与 B.或 C.与非 D.异或 参考答案：D 第10题： 若浮点数的阶码用移码表示，尾数用补码表示。两规格化浮点数相乘，最后对结果规格化时，右规的右移位数最多为(10) 位。 A.1 B.2 C.尾数位数 D.尾数位数-1 参考答案：A 第11题： A.10/70△t
嵌入式系统硬件体系结构设计
一、嵌入式计算机系统体系结构 体系主要组成包括： 1. 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM 、ROM 、Flash 等）、通用设备接口和I/O 接口（A/D 、D/A 、I/O 等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM 中。 软件层功能层
2. 中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP），它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSP 层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。 3. 系统软件层 系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。 4. 功能层 功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，而嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 硬件的设计 本网关硬件环境以单片机S3C2440芯片和DM9000以太网控制芯片为主，
计算机硬件基本结构树状图
计算机硬件基本结构 计算机的5个基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 算术逻辑部件P46 、P73 1.运算器 寄存器P46 、P72 随机存取存储器RAM P74 内存储器 （又称为只读存储器ROM P75 主存储器 或内存或互补金属氧化物半导体CMOS P76 主存） 1.44MB31/2英寸软盘P94 软盘Zip盘P94 大容量软盘超级盘P94 2.存储器HiFD盘P94 内置硬盘P95 盒式硬盘P95 外存储器硬盘硬盘组P95 （又称为辅USB移动硬盘P95 助存储器光盘-只读存储器CD-ROM 或外存或光盘CD 写一次，读多次光盘CD-R（又称为WORM） 辅存）P97可写光盘CD-RW 光盘-只读存储器DVD-ROM 数字化视频光盘DVD-R P97DVD-RAM和DVD-RW 磁盘P98 程序计数器PC P47 指令寄存器IR P47 3.控制器指令译码器ID P47 时序控制电路P47 微操作控制电路P47
传统设计键盘P80 键盘轮廓设计键盘P80 键盘输入无处理能力终端P81 智能型终端P81 终端网络终端P81 Internet终端P81 鼠标P82 游戏杆P82 触摸屏P82 定点输入设备光笔P82 数字转换器P83 4.输入设备数码相机P83 平台式扫描仪P83 图像扫描仪手持式扫描仪P83 扫描输入设备传真机P84 条形码阅读器P85 磁墨水字符识别MICR P85 字符和标记识别设备光学字符识别OCR P85 光学标记识别OMR P85 语音输入设备P86 数字笔记本P88 其他输入设备视觉系统P88 标准P89 显示器阴极射线管P89 平面显示器P89 高清晰度电视机P90 喷墨打印机P91 非接触式打印机激光打印机P91 热学打印机P91 打印机点针打印机P31 接触式打印机菊花轮打印机P31 5.输出设备行式打印机P31 笔式绘图仪P92 喷墨绘图仪P92 绘图仪静电绘图仪P92 直接成像绘图仪P92 缩微输出设备P93 其他输出设备语音输出设备P93
常规计算机硬件体系结构
第二章常规计算机硬件体系结构 早期的包处理系统是建立在常规计算机系统之上的，这也是最廉价的包处理系统。我们定义一个常规的计算机系统由四个基本部件组成：一个CPU，一个内存，一个或多个I/O设备，一条总线。总线连接另外的三个基本部件，并允许它们相互通信。PC机是一个常规计算机系统，因为它包括了以上所有四个部件。 为了将一台常规的计算机转换成一个可以处理数据包的网络系统，必须在计算机上增加一些硬件和软件。增加的硬件用来发送和接收数据包，增加的软件用来处理数据包。 2.1 早期的NIC 将一个计算机系统连接到一个网络的硬件设备称为网络接口卡（Network Interface Card，NIC）。对于计算机来说，NIC和其它I/O设备一样连接到计算机的总线并由CPU控制，CPU 控制NIC的方法与控制其它I/O设备的方法也相同。对于网络来说，NIC表现得像一台主机，即NIC可以发送和接收数据包。 主机和包分析器只连接到一个网络上，这样的系统只需要一块NIC。复杂一些的系统，像网桥、路由器等，要求多个网络连接。当系统需要多个网络连接时，有两种可能的实现方法。一种方法是将多块网卡插入到总线扩展槽中，每块网卡连接一个网络；另一种方法是在一块电路板上提供多个独立的网络接口，电路板插入扩展槽中，每个网络接口连接一个网络，目前已经出现了这种商用的NIC硬件。从计算机的角度来看，这两种方法没有什么区别。但是由于总线扩展槽的数量是有限的，因此后一种方法更好，可以节省扩展槽。 网络接口由CPU操作，这意味着CPU控制着所有数据包的发送和接收。为发送一个数据包，CPU首先在内存中组装好数据包，然后将包传递给NIC，NIC再将数据包发送到网络上。在系统接收一个数据包前，CPU必须先允许NIC，指明数据包存放的位置。NIC等待从网络上到来的数据包，将其存放到指定的位置，然后通知CPU。NIC中通常包含实现物理层协议标准的物理接口芯片组，它们保证每个输出的帧具有正确的格式并且产生出符合物理层协议标准的信号波形；类似地，它们检查每个到来的帧以保证每个帧是有效的。 数据总线上一次可以传输的数据量由数据总线的宽度（即数据线的数目）决定。一般来说，数据总线的宽度不足以一次传输一个完整的帧，因此一个帧必须分成许多较小的片段（如32比特）分多次传递给NIC。由于NIC是由CPU操作的，这意味着CPU必须参与到这种传输过程中。事实上，早期的NIC硬件依赖于计算机系统的CPU完成帧的收发。在帧的接收过程中，CPU反复地访问NIC取得下一个片段的数据，然后存放到内存中。在帧的发送过程中，CPU反复地将帧的片段发送给NIC。使用CPU传输数据包的主要优点是代价低，因为NIC硬件不需要做很多事，因此可以做得很简单。主要的缺点是开销大和可扩展性差，使用CPU处理输入输出意味着它不能做别的事；更重要的是，一个CPU无法适应高速网络，特别是当系统有多个网络接口时。 2.2 现代的NIC 为了支持多个网络接口和适应高速网络，必须将输入/输出和包处理分离开来，并尽可能避免使用CPU，因此现代的NIC都包含独立于CPU操作的复杂硬件。以下四种技术用来优化数据传输和减少开销：（1）卡上地址识别和过滤；（2）卡上包缓存；（3）直接内存访问DMA；（4）操作链。 （1）卡上地址识别和过滤 以太网使用共享媒体进行传输，每个节点实际上可以收到所有的帧，只是丢弃哪些不是
计算机硬件的基本结构
计算机硬件的基本结构 计算机硬件的基本结构 电子数字计算机一开始是作为一个计算工具出现的。不难想象，计算机如能脱离人的干预而自动地完成计算，它必须具备以下几个 基本功能： ①要有能进行运算的部件——运算器; ②要有能记忆原始数据、运算程序及运算结果的部件——存储器; ③要有能发出各种控制信息，以便使计算机各部件协调工作的部件——控制器; ④要有能将原始数据及运算程序输入计算机的部件——输入设备; ⑤要有能将结果及其它信息输出的部件——输出设备。 计算机的硬件就是由这五大部分构成，这种模型最早是由数学家冯·诺依曼提出的，故称为冯·诺依曼结构。 运算器称为ALU(ArithmaticLogicalU—nit)，它由部件及逻辑 电路组成，其功能进行算术和逻辑运算。控制器发出各种控制信号，使整个运行过程自动进行。控制器和运算合称为中央处理单元(CentralProcessingUnit)，简称CPU。CPU是一片大规模集成电路，在数据运算和数据传输过程中临时存储数据等。其中包含一个累加 器(Accumulator，简称A)。累加器是一个具有特种功能的寄存器， 它虽叫累加器，但并不能在其中进行加法运算，其主要作用是用来 传输、临时存储ALU运算过程的结果和其它数据，并能把存在其中 的数据左移或右移。存储器由记忆单元组成，用于存放数据、中间 结果及一系列指令。输入输出设备称外部设备，简称外设，用于输 人原始数据、控制命令及输出运行结果等。 在计算机中，有两股信息在流动。一股是数据流，各种原始数据由输入设备输入至运算器，再存人存储器中，在运算过程中，数据
从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果存如存储器中或由 外设输出。另一股信息流为控制信息流，人们给计算机的各种命令(即程序)也以数据的形式由存储器送入控制器。由控制器译码后发 出控制信号，控制计算机各部件的工作。 中央处理器的基本组成： ①运算器ALU。 ②累加器A。 ③寄存器组。 ④程序计数器：要求计算机能自动按程序要求的顺序执行程序，就必须把存在存储器中的指令码按顺序依次取出来加以执行，因此，必须有一个电路能追踪、记忆指令所在的地址，这就是程序计数器PC(ProgramCounter)。微机加电时，计算机的复位电路自动给PC赋 以程序中的第一条指令所在地址。计算机根据这一地址取出第一条 指令的第一字节(8位机每次取出一个指令字节)。PC的内容自动加1，以指向下一条指令的地址，计算机处理完一条指令(字节)后，根 据PC记忆的'地址，取下一条指令字节，PC再自动加1。只有当遇 到跳转指令、调用子程序指令或遇到中断时，PC内容自动转到所需 的地方。 ⑤标志寄存器：用以指示运算结果状态(如加法运算进位时置1 进位标志等等)和控制工作条件(如设置中断屏蔽标志等)。 ⑥指令寄存器与指令译码器：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先从存储器取出指令，并送至指 令寄存器IR(1nstructionRegister)，该寄存器的输出就是指令译 码器ID(1nstructionDecoder)的输入，经ID译码(识别这条指令的 功能)后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。 ⑦操作控制器：从上述可知，CPU内的每个功能部件都完成一定 的特定功能。然而信息怎样才能在各部件之间传送呢?也就是说，数 据的流动是由什么部件控制的呢?通常把许多数字部件之间传送信息 的通路称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间经过哪个寄
计算机体系结构复习
名词解释 填空 选择 简答 计算 1. 计算机系统的多级层次结构： 2. 系统结构的概念：计算机系统结构指的是计算机系统的软、硬件的界面，即机器语言程 序员或编译程序设计者所能看到的传统机器级所具有的属性。 3. 在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好象不存在的概念称为 透明性。 4. 对于通用寄存器型机器，这些属性主要是指：（选择题） 1) 指令系统（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等） 2) 数据表示 （硬件能直接辩认和处理的数据类型） 3) 寻址规则 （包括最小寻址单元、寻址方式及其表示） 4) 寄存器定义 （包括各种寄存器的定义、数量和使用方式） 5) 中断系统 （中断的类型和中断响应硬件的功能等） 6) 机器工作状态的定义和切换 （如管态和目态等） 7) 存储系统 （主存容量、程序员可用的最大存储容量等） 8) 信息保护 （包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持） 9) I/O 结构（包括I/O 连接方式、处理机/存储器与I/O 设备间数据传送的方式和格式 以及I/O 操作的状态等） 5. 计算机组成指的是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。 6. 计算机实现指的是计算机组成的物理实现。 7. 数据表示是指计算机硬件能够直接识别、指令集可以直接调用的数据类型。 8. 数据类型、数据结构、数据表示之间的关系 第6级 第5级 第4级 第3级 第2级 第1级
9.系列机指由同一厂商生产的具有相同体系结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型 号的机器。 10.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法和冯氏分类法。冯氏分类法是用系 统的最大并行度对计算机进行分类；Flynn分类法是指按照指令流和数据流的多倍性进行分类。 11.定量分析技术（简答题）： 1)以经常性事件为重点：在计算机系统设计中，经常需要在多种不同的方法之间进行 折中，这时应按照对经常发生的情况采用优化方法的原则进行选择。 2)Amdahl定律：加速某部件执行速度所能获得的系统性能加速比，受限于该部件的 执行时间占系统中总执行时间的百分比。 3)CPU性能公式：执行一个程序所需的CPU时间=执行程序所需的时钟周期数*时钟 周期时间 4)程序的局部性原理：指程序执行时所访问的存储器地址分布不是随机的，而是相对 簇聚的。分为时间局部性和空间局部性。 12.冯诺依曼结构的特点：以运算器为中心；在存储器中，指令和数据同等对待；存储器是 按地址访问、按顺序线性编址的一维结构，每个存储单元的位数是固定的；指令是按顺序执行的；指令由操作码和地址码组成；指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。 13.实现可移植性的常用方法有三种：采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。 14.系列机在兼容方面，向后兼容一定要保证，尽量保证向上兼容 15.模拟是指用软件的方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令集。（软件方法） 16.仿真是指用一台现有计算机上的微程序去解释实现另一台计算机的指令集。（硬件方法） 17.并行性包括同时性和并发性。 18.从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：（简答） 1)指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行 2)指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令 3)线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线 程为调度单位。 4)任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务，以子程序或进程为 调度单位。 5)作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。 19.提高并行性的技术路径（12字）：时间重叠、资源重复、资源共享 20.能够对紧密耦合系统和松散耦合系统进行区分： 紧密耦合系统共享主存，松散耦合系统共享外设
计算机硬件的基本组成部分
计算机硬件的基本组成部分 基本由什么组成呢?看了下面的内容相信会对您有所收获。更多内容请关注 1. 中央处理器 中央处理器称为CPU(Central Processing Unit) ，它的主要技术指标之一是主频，主频表示CPU的内部工作频率。主频越高，表明CPU的运算速度越快，当然性能也越好。 在微型计算机(简称微机或个人计算机)中，CPU又称为微处理器，其典型代表是 In tel公司的Pen tium 系列产品。例如，Pen tium II的主频在233?450MHz之间，而 Pentium III的主频可达800MHz。通常，人们所说的微机速度是指CPU的主频。它主要由控制器和运算器组成，是计算机的核心部件。 (1) 运算器 运算器(Arithmetical Unit) 的主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。在控制器控制下，运算器对取自存储器或其内部寄存器的数据按指令码的规定进行相应的运算，并将结果暂存在内部寄存器或送到存储器中。 (2) 控制器 控制器(Co ntrol Un it)是计算机中指令的解释和执行结构，其主要功能是控制运算器、存储器、输入输出设备等部件协调动作。控制器工作时，从存储器取出一条指令，并指出下一条指令所在的存放地址，然后对所取指令进行分析，同时产生相应的控制信号，并由控制信号启动有关部件，使这些部件完成指令所规定的操作。这样逐一执行一系列指令组成的程序，就能使计算机按照程序的要求，自动完成预定的任务。 2. 存储器 存储器(Memory)是用来存储程序和数据的部件，是计算机的重要组成部分。在实际应用中，用户先通过输入设备将程序和数据放在存储器中，运行程序时，由控制器从存储器中逐一取出指令并加以分析，发出控制命令以完成指令的操作。 在计算机中，存储器容量以字节(Byte,简写为B)为基本单位，一个字节由8个二进制位(bit)组成。存储容量的表示单位除了字节以外，还有KB、MB、GB、TB(可分别简称为K、M、G、T,例如，128MB可简称为128M)。其中： 1KB=1024B 1MB=1024KB
计算机硬件的组成
计算机硬件的组成 计算机硬件（Computer hardware）是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘等。计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成。 运算器 运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。 控制器 控制器（Control Unit），是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。计算机自动工作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要设备。 通常把控制器与运算器合称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。工业生产中总是采用最先进的超大规模集成电路技术来制造中央处理器，即CPU 芯片。它是计算机的核心设备。它的性能，主要是工作速度和计算精度，对机器的整体性能有全面的影响。硬件系统的核心是中央处理器（Central Processing Unit，简称 CPU）。它主要由控制器、运算器等组成，并采用大规模集成电路工艺制成的芯片，又称微处理器芯片。 存储器 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常
计算机的硬件组成
计算机的组成内部设备 光驱 光驱，电脑用来读写光碟内容的机器，是台式机里比较常见的一个配件。随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在台式机诸多配件中的已经成标准配置。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。 软驱 软盘驱动器就是我们平常所说的软驱，英文名称叫做“Floppy Disk Driver”，它是读取3.5英寸或5.25英寸软盘的设备。现今还能看到的是3.5英寸的软驱，可以读写1.44MB的3.5英寸软盘[/url]，5.25英寸的软盘早已经淘汰，一般不会见到。软驱分内置和外置两种。内置软驱使用专用的FDD接口(这是内置软驱接口，是传统的软驱接口，直接与电脑主板上的软驱接口相连，价格低廉)，而外置软驱一般用于笔记本电脑，使用USB[/url]接口(这是外置软驱接口，通过电脑的USB接口与主机相连，可移动，但价格较高，多用于笔记本电脑。USB接口又可分为USB1.1和USB2.0两种)。 软驱有很多缺点，随着计算机的发展，这些缺点逐渐明显：容量太小，读写速度慢，软盘的寿命和可靠性差等，数据易丢失等，因此目前软驱基本上已经被其他设备取代。但是由于软驱是计算机的标准设备，在各种操作系统下无需额外安装驱动程序就可以使用，因此在很多情况软驱有其独到的便利之处（比如多块硬盘组RAID），因此目前仍有外置软驱在部分计算机上使用。 主板 主板主板，又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)或母板(motherboard)；它安装在机
箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。 CPU（中央处理器） CPU是中央处理单元(Central Processing Unit)的缩写，它可以被简称做微处理器（Microprocessor)，不过经常被人们直接称为处理器(processor)。CPU是计算机的核心，其重要性好比大脑对于人一样，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。CPU的种类决定了操作系统和相应的软件。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，是PC的核心，再配上储存器、输入/输出接口和系统总线组成为完整的PC（个人电脑）。 内存 内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存（Memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。 硬盘
第2章计算机体系结构习题及答案解析
第二章习题（P69-70） 一、复习题 1．简述冯?诺依曼原理，冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？ 答：冯?诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理 冯?诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。 (P51-P54) 2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。 答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成（computer organization）是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件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。同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现，是计算机组成的物理实现, 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。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，这些含意也会有所改变。在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。 (P47-P48) 3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？ 答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。 (P55) 4．简述RISC技术的特点？ 答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点： (1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令; (2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种; (3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长; (4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。 (P57-58) 5．有人认为，RISC技术将全面替代CISC，这种观点是否正确，说明理由？ 答：不正确。与CISC 架构相比较，RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点，但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上，RISC 和CISC 各有优势，CISC计算机功能丰富，指令执行更加灵活，这些时RISC计算机无法比拟的，当今时代，两者正在逐步融合，成为CPU设计的新趋势。 (P55-59) 6．什么是流水线技术？ 答：流水线技术，指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是，当执行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持不变，而计算机的总的吞吐量提高了。 (P60-62) 7．多处理器结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？ 答：多处理器系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达到时间和空间上的异步并行。
服务器硬件架构
从性能角度来看，处理器、内存和I/O这三个子系统在服务器中是最重要的，它们也是最容易出现性能瓶颈的地方。目前市场上主流的服务器大多使用英特尔Nehalem、Westmere微内核架构的三个家族处理器：Nehalem-EP，Nehalem-EX 和Westmere-EP。下表总结了这些处理器的主要特性： Nehalem-EP Westmere-EP Nehalem-EX Nehalem-EX 商业名称至强5500至强5600至强6500至强7500支持的最插座数2228 每插座最大核心数4688 每插座最大线程数8121616 MB缓存 (3级)8121824 最大内存DIMM数181832128 在本文中，我们将分别从处理器、内存、I/O三大子系统出发，带你一起来梳理和了解最新英特尔架构服务器的变化和关键技术。 一、处理器的演变 现代处理器都采用了最新的硅技术，但一个单die(构成处理器的半导体材料块)上有数百万个晶体管和数兆存储器。多个die组织到一起就形成了一个硅晶片，每个die都是独立切块，测试和用陶瓷封装的，下图显示了封装好的英特尔至强5500处理器外观。 图 1 英特尔至强5500处理器 插座 处理器是通过插座安装到主板上的，下图显示了一个英特尔处理器插座，用户可根据自己的需要，选择不同时钟频率和功耗的处理器安装到主板上。
图 2 英特尔处理器插座 主板上插座的数量决定了最多可支持的处理器数量，最初，服务器都只有一个处理器插座，但为了提高服务器的性能，市场上已经出现了包含2，4和8个插座的主板。 在处理器体系结构的演变过程中，很长一段时间，性能的改善都与提高时钟频率紧密相关，时钟频率越高，完成一次计算需要的时间越短，因此性能就越好。随着时钟频率接近4GHz，处理器材料物理性质方面的原因限制了时钟频率的进一步提高，因此必须找出提高性能的替代方法。 核心 晶体管尺寸不断缩小(Nehalem使用45nm技术，Westmere使用32nm技术)，允许在单块die上集成更多晶体管，利用这个优势，可在一块die上多次复制最基本的CPU(核心)，因此就诞生了多核处理器。
常规计算机硬件体系结构
常规计算机硬件体系结构
系统只需要一块NIC。复杂一些的系统，像网桥、路由器等，要求多个网络连接。当系统需要多个网络连接时，有两种可能的实现方法。一种方法是将多块网卡插入到总线扩展槽中，每块网卡连接一个网络；另一种方法是在一块电路板上提供多个独立的网络接口，电路板插入扩展槽中，每个网络接口连接一个网络，目前已经出现了这种商用的NIC硬件。从计算机的角度来看，这两种方法没有什么区别。但是由于总线扩展槽的数量是有限的，因此后一种方法更好，可以节省扩展槽。 网络接口由CPU操作，这意味着CPU控制着所有数据包的发送和接收。为发送一个数据包，CPU首先在内存中组装好数据包，然后将包传递给NIC，NIC再将数据包发送到网络上。在系统接收一个数据包前，CPU必须先允许NIC，指明数据包存放的位置。NIC等待从网络上到来的数据包，将其存放到指定的位置，然后通知CPU。NIC中通常包含实现物理层协议标准的物理接口芯片组，它们保证每个输出的帧具有正确的格式并且产生出符合物理层协议标准的信号波形；类似地，它们检查每个到来的帧以保证每
个帧是有效的。 数据总线上一次可以传输的数据量由数据总线的宽度（即数据线的数目）决定。一般来说，数据总线的宽度不足以一次传输一个完整的帧，因此一个帧必须分成许多较小的片段（如32比特）分多次传递给NIC。由于NIC是由CPU操作的，这意味着CPU必须参与到这种传输过程中。事实上，早期的NIC硬件依赖于计算机系统的CPU完成帧的收发。在帧的接收过程中，CPU反复地访问NIC取得下一个片段的数据，然后存放到内存中。在帧的发送过程中，CPU 反复地将帧的片段发送给NIC。使用CPU传输数据包的主要优点是代价低，因为NIC硬件不需要做很多事，因此可以做得很简单。主要的缺点是开销大和可扩展性差，使用CPU处理输入输出意味着它不能做别的事；更重要的是，一个CPU无法适应高速网络，特别是当系统有多个网络接口时。 2.2 现代的NIC 为了支持多个网络接口和适应高速网络，必须将输入/输出和包处理分离开来，并尽可能避免使用CPU，因此现代的NIC都包含独立于CPU
计算机系统的硬件结构主要由五部分组成
计算机系统的硬件结构主要由五部分组成：控制器、运算器、内存储器、输入设备和输出设备。 随着半导体集成电路技术的出现和广泛的应用，Intel公司最先将控制器和运算器制作在同一芯片上（Intel 4004），就是我们常说的中央处理器。中央处理器也叫微处理器，英文名是“Central Processing Unit”，简称CPU。它是计算机硬件系统的指挥中心。它主要包括控制器和运算器两个部分，其中控制器的功能是控制计算机各部分协调工作，运算器则是负责计算机的算术运算和逻辑运算，而运算的最终结果和中间结果要送入内存中保存。 内存储器也叫内存是计算机用于存储程序和数据的部件，由若干大规模集成电路存储芯片或其它存储介质组成。内存储器直接与中央处理器交换资料，存取速度快，管理较复杂。内存又分为随机存储器和只读存储器两大类。但人们常说的内存往往是指随机存储器（Random Access Memory）简称RAM，用于存储当前计算机正在使用的程序和数据，信息可以随时存取，一旦断电，RAM中的资料全部丢失，且无法挽救；只读存储器（Read only Memory）简称ROM，资料一般下只能读出，不能写入。通常，厂商把计算机最重要的系统信息和程序数据存储在ROM中，即使机器断电，ROM的资料也不会丢失。 内存存储资料的容量以字节（BYTE）为单位表示，简记为“B”，比如640KB，1MB，32MB，1GB等等。其中1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。内存储器的主要技术指针是存取资料的速度和存储容量。 输入、输出设备在中央处理器的控制下，通过接口线路与内存交换信息。输入设备的任务是将程序和原始信息提供给计算机，并将其转换成计算机可识别和存储的形式。 主要有以下几种： ①键盘输入设备。 ②图形信息输入装置：如光笔、扫描仪、条码阅读器、数字化仪等。 ③外存储器：外存在中央处理器控制下与内存交换资料，存取速度较慢，存储容量大。光盘、磁盘、磁带等外存储器，均可作为输入设备。 ④语音信息识别设备。 输出设备的任务是将计算机处理的结果进行输出以及将计算机内部的信息转换成人们可接受的形式。 主要有以下几种： ①打印设备：如针式打印机、激光打印机、喷墨打印机、绘图仪等。 ②显示设备：如CRT显示器、LCD液晶显示器等。 ③外存储器：光盘、磁盘、磁带等外存储器同样可作为输出设备。 ④声音输出设备。 计算机只有硬件系统是无法正常工作的，还需要软件来管理和应用，计算机软件包括计算机运行所需的各种程序及数据。软件分为系统软件和应用软件。系统软件包括操作系统、硬件检测和诊断程序、各种算法语言的解释和编译程序等。每台计算机必须在相应系统运行后才能为用户提供服务。应用软件是为解决用户具体应用问题而设计的程序。 系统软件有DOS、NOVELL Netware、WINDOWS3.X、WINDOWS9X、WINDOWS2000、WINDOWS NT，Mac OS，Unix，Linux等。 应用软件就更多了有OFFICE 97 、OFFICE 2000、WPS2000、东方快车、金山词霸、杀毒软件、超级解霸、财务管理软件、游戏软件、CAD/CAM等。
系统的结构与硬件答案
系统结构与硬件 1.绘图仪属于 A: 输出设备 B: 输入设备和输出设备 C: 输入设备 D: 计算机正常工作时不可缺少的设备 2.计算机的存储系统一般指主存储器和 A: 累加器 B: 寄存器 C: 辅助存储器 D: 鼠标器 3.把硬盘上的数据传送到计算机的内存中去，称为 A: 打印 B: 写盘 C: 输出 D: 读盘 4.CPU 是计算机硬件中的（）部件。 A: 核心 B: 辅助 C: 主存 D: 输入输出 5.CPU 中的运算器的主要功能是 ( )。 A: 负责读取并分析指令 B: 算术运算和逻辑运算 C: 指挥和控制计算机的运行 D: 存放运算结果 6.CPU 中的控制器的功能是( )。 A: 进行逻辑运算 B: 进行算术运算 C: 控制运算的速度 D: 分析指令并发出相应的控制信号 7.以下全是输入设备的是 A: 键盘、扫描仪、打印机 B: 键盘、硬盘、打印机 C: 鼠标、硬盘、音箱 D: 扫描仪、键盘、只读光盘 8.现代计算机系统是以（）为中心的。 A: 中央处理器 B: 内存 C: 运算器 D: 控制器 9.计算机中必要的、使用最广泛的、用于人机交互的输出设备是
A: 打印机 B: 显示器 C: 绘图仪 D: 声卡 10.半导体只读存储器（ROM）与半导体随机存储器（RAM）的主要区别在于A: ROM 可以永久保存信息，RAM 在掉电后信息会消失 B: ROM 掉电后，信息会消失，RAM 不会 C: ROM 是内存储器，RAM 是外存储器 D: RAM 是内存储器，ROM 是外存储器 11.CPU 的中文意思是 A: 中央处理器 B: 主机 C: 控制器 D: 计算机器 12.内存与外存的主要不同在于 A: CPU 可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量大；外存则相反。B: CPU 可以直接处理内存中的信息，速度快，存储容量小；外存则相反。C: CPU 不能直接处理内存中的信息，速度慢，存储容址大，外存则相反。D: CPU 不能直接处理内存中的信息，速度慢，存储容量小，外存则相反13.能够将图片输入到计算机内的装置是 A: 打印机 B: 扫描仪 C: 鼠标 D: 键盘 14.微型机中硬盘工作时，应特别注意避免 A: 光线直射 B: 环境卫生不好 C: 强烈震动 D: 噪声 15.ROM 指的是 A: 只读存储器 B: 硬盘存储器 C: 随机存储器 D: 软盘存储器 16.I/O 设备的含义是 A: 输入输出设备 B: 通信设备 C: 网络设备 D: 控制设备 17.计算机突然停电，则计算机____全部丢失。 A: 硬盘中的数据和程序 B: ROM 中的数据和程序 C: ROM 和RAM 中的数据和程序 D: RAM 中的数据和程序
软件体系结构整理
1.软件体系结构建模的种类 ◎结构模型◎框架模型◎动态模型◎过程模型◎功能模型2.4+1模型 4+1视图模型从5个不同的视角包括逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述 软件体系结构。每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。 逻辑视图： 逻辑视图主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。这种分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。 在面向对象技术中，通过抽象、封装和继承，可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。 要保持单一内聚的对象模型 开发视图 开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理。 开发视图要考虑软件内部的需求，如软件开发的容易性、软件的重用和软件的通用性，要充分考虑由于具体开发工具的不同而带来的局限性。 开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述。 在开发视图中，最好采用4-6层子系统，而且每个子系统仅仅能与同层或更低层的子系统通讯，这样可以使每个层次的接口既完备又精练，避免了各个模块之间很复杂的依赖关系。 设计时要充分考虑，对于各个层次，层次越低，通用性越强，这样，可以保证应用程序的需求发生改变时，所做的改动最小。开发视图所用的风格通常是层次结构风格。 进程视图 进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求。 进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力，以及从逻辑视图中的主要抽象如何适合进程结构。它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪一个线程中被执行的。 进程视图可以描述成多层抽象，每个级别分别关注不同的方面。在最高层抽象中，进程结构可以看作是构成一个执行单元的一组任务。它可看成一系列独立的，通过逻辑网络相互通信的程序。它们是分布的，通过总线或局域网、广域网等硬件资源连接起来。 物理视图 物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常要考虑到系统性能、规模、可靠性等。解决系统拓扑结构、系统安装、通讯等问题。 当软件运行于不同的节点上时，各视图中的构件都直接或间接地对应于系统的不同节点上。因此，从软件到节点的映射要有较高的灵活性，当环境改变时，对系统其他视图的影响最小。场景 场景可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系起来，从某种意义上说场景是最重要的需求抽象。在开发体系结构时，它可以帮助设计者找到体系结构的构件和它们之间的作用关系。同时，也可以用场景来分析一个特定的视图，或描述不同视图构件间是如何相互作用的。 场景可以用文本表示，也可以用图形表示。