计算机设计的定量原理-Read
微型计算机原理-Read
1/128 行译码器
128☓ 128 存储矩阵
128 读出放大器 1/2(1/128 列译码器) 128 读出放大器 1/4 I/O 门 输出 缓冲 器
1/128 行译码器
128☓128 存储矩阵
RAS CAS WE DIN
行时钟缓冲器
列时钟缓冲器
写允许时钟缓冲器
数据输入缓冲器
DOUT
2164内部结构示意图
2764的工作方式
数据读出 编程写入 擦除 编程写入的特点： 每出现一个编程负脉冲就写入一个字节数据 标准编程方式 快速编程方式
第三章 半导体存储器
3．电擦除可编程只读存储器E2PROM 特点： 可在线编程写入； 掉电后内容不丢失； 电可擦除。
EEPROM芯片98C64A
8K×8bit芯片； 13根地址线（A0 ~ A12）； 8位数据线（D0 ~ D7）；
用256×4位的芯片组成1K RAM的方框图
A8 A9
译 码 器
A0 CE
地 址 线 A0 ︰ ︰ A7 D0 ︰ ︰ ︰ D7 A0 CE 1
2
A0 CE
A0 CE 3 256 ×4 I/O A7 I/O
4
A0 CE A0 CE 5 256 ×4 I/O A7 I/O
6
A0 CE A0 CE 7 256 ×4 I/O A7 I/O
A19
A17
A16 A15 A14 A13 1 & CS1
第三章 半导体存储器
应用举例
地址范围为：38000H~39FFFH
与8088的连接
D0~D7
A0 A12 WR RD A19 A17 A16 A15 A18 A14 A13 • • •
计算机设计的主要原理
计算机设计的主要原理
计算机设计的主要原理指的是在设计计算机系统时所遵循的一
些核心原则和基本思想。
这些原理涉及到计算机硬件和软件两个方面的设计，包括计算机的体系结构、指令集、内存管理、输入输出、中断处理等。
以下是计算机设计的一些主要原理：
1.冯·诺伊曼体系结构：这是现代计算机设计的基础，指的是将计算机系统分为运算器、控制器、存储器和输入输出设备四个部分，并采用存储程序的方式来执行指令。
2.指令集架构：也称为ISA，指的是计算机处理器能够执行的指令集合，它与计算机的体系结构密切相关。
ISA的设计需要考虑处理器的性能、可编程性、代码密度等因素。
3.内存管理：指的是计算机内存的分配和管理方式，包括虚拟内存、页面置换、内存映射等技术。
内存管理的设计需要平衡性能和存储器使用效率。
4.输入输出：指的是计算机与外部设备之间的数据交换方式。
输入输出的设计需要考虑设备的速度、接口方式、异常处理等因素。
5.中断处理：是指计算机在执行程序时遇到中断信号时的处理方式。
中断处理的设计需要平衡快速响应和程序运行的连续性。
6.并行计算：指在计算机系统中同时进行多个任务的能力。
并行计算的设计需要考虑任务间的协作、数据共享、负载均衡等因素。
以上是计算机设计的一些主要原理，它们在计算机的硬件和软件设计中都具有重要的作用。
计算机设计师需要根据具体应用需求和技
术发展趋势，灵活应用这些原理来设计出更加高效、可靠和安全的计算机系统。
计算机的五大工作原理
计算机的五大工作原理计算机作为现代科技的重要产物，其背后有着精密的工作原理。
本文将从硬件和软件层面，分别介绍计算机的五大工作原理：冯·诺伊曼结构、布尔逻辑、存储器层次结构、操作系统和算法。
一、冯·诺伊曼结构冯·诺伊曼结构是计算机的基本工作原理，它由冯·诺伊曼在20世纪40年代提出。
该结构包括五个主要组成部分：输入设备、输出设备、运算器（ALU）、控制器和存储器。
数据通过输入设备输入到计算机，经过运算器和控制器进行处理后，再通过输出设备输出结果。
冯·诺伊曼结构的优点是具备通用性和可编程性，使得计算机能够根据不同的需求进行灵活的运算。
同时，通过存储器的引入，计算机实现了数据的持久保存，提高了计算效率和存储能力。
二、布尔逻辑布尔逻辑是计算机内部处理信息的基础。
它是基于布尔代数的数学理论，在计算机中应用了与、或、非等逻辑运算符。
通过这些运算符，计算机能够实现逻辑判断和逻辑运算，从而实现复杂的数据处理和计算。
例如，逻辑门电路（如与门、或门、非门等）可以将多个输入信号进行逻辑运算，输出结果表示特定的逻辑判断结果。
布尔逻辑在计算机中的应用非常广泛，不仅用于逻辑电路的设计和实现，也用于算法的设计和程序的编写。
在计算机科学领域，布尔逻辑是理解和分析计算机工作原理的重要基础。
三、存储器层次结构存储器层次结构是计算机实现数据存储和访问的重要原理。
现代计算机通过不同层次的存储器（如寄存器、缓存、内存、硬盘等）进行数据的存储和读写操作。
存储器层次结构按照速度和容量进行分层，速度越快的存储器容量越小，速度越慢的存储器容量越大。
存储器层次结构的设计能够有效提高计算机的性能和效率。
高速缓存（Cache）作为位于CPU和内存之间的存储器层次，能够提供快速的数据访问速度，减少存储器访问的延迟时间。
同时，存储器层次结构也通过数据块的预读和预存等策略，提高了数据的访问命中率，减少了对慢速存储器的访问次数。
计算机设计的主要原理
计算机设计的主要原理计算机设计主要原理计算机是现代科技领域最为重要的发明之一，目前已经成为人类生活和工作中不可或缺的一部分。
但是，计算机的设计和构造不是简单的事情，需要遵循一些基本原理和规则，以保证其可靠性和稳定性。
下面，我们将介绍计算机设计的主要原理。
一、冯·诺伊曼结构原理冯·诺伊曼结构原理是计算机设计中最基本、最重要的原则之一。
这个原理的核心思想是将计算机分为两部分：控制器和运算器。
其中，控制器负责读取指令、分析指令，然后向运算器发出执行指令的命令。
运算器则负责执行指令，并将执行结果返回给控制器。
冯·诺伊曼结构原理的优点在于：它简化了计算机的设计和构造，使得计算机具有更高的灵活性和可编程性。
此外，冯·诺伊曼结构原理也是现代计算机设计的基础。
二、存储器层次结构原理存储器层次结构原理也是计算机设计中重要的原则之一。
它的核心思想是将存储器分为多个层次，每个层次的存储器容量和速度都有所不同。
最靠近处理器的是高速缓存存储器（Cache Memory），它的特点是容量小、速度快。
中间的是随机存储器（Random Access Memory, RAM），它的容量比高速缓存存储器大，但速度比高速缓存存储器慢。
最外层是磁盘或光盘，它的容量最大，但是速度最慢。
存储器层次结构原理的优点是提高了计算机的访问速度和存储容量。
三、并行处理原理并行处理原理是计算机设计中的另一个重要的原则。
它的核心思想是将任务分成多个子任务，然后由多个处理器同时进行执行。
每个处理器都负责一部分任务的处理，完成自己的计算并将计算结果返回给总控制器。
并行处理原理的优点在于提高了计算机的计算速度和效率，可以在更短的时间内完成复杂的计算任务。
四、可靠性设计原则可靠性设计原则是指在计算机设计过程中，要考虑到硬件、软件等方面的所有潜在问题，以保证计算机的可靠性和稳定性。
这个原则包括了超出设计预期的错误处理的能力，例如硬件故障、软件错误和用户输入错误等等。
计算机的计算原理
计算机的计算原理计算机是一种能够进行数据处理和信息处理的机器，它的出现极大地改变了人类的生活和工作方式。
计算机的计算原理是指计算机进行数据处理和信息处理的基本原理和方法。
计算机的计算原理是计算机科学的基础，也是计算机技术的核心。
本文将从计算机的计算原理的基本概念、运算方式、存储方式、指令系统等方面展开阐述。
一、计算机的计算原理基本概念计算机的计算原理是指计算机进行数据处理和信息处理的基本原理和方法。
计算机的计算原理包括运算方式、存储方式、指令系统等方面。
计算机的计算原理是计算机科学的基础，也是计算机技术的核心。
二、计算机的运算方式计算机的运算方式分为算术运算和逻辑运算两种。
1、算术运算算术运算是指计算机进行数值计算的运算方式。
算术运算包括加法、减法、乘法、除法等基本运算。
计算机进行算术运算时，需要使用算术逻辑单元（ALU）进行计算。
ALU是计算机中的关键部件，它能够进行多种算术运算和逻辑运算。
2、逻辑运算逻辑运算是指计算机进行逻辑判断和逻辑运算的运算方式。
逻辑运算包括与、或、非、异或等基本运算。
计算机进行逻辑运算时，需要使用逻辑运算单元（LU）进行计算。
LU能够进行多种逻辑运算和比较操作。
三、计算机的存储方式计算机的存储方式分为主存储器和辅助存储器两种。
1、主存储器主存储器是计算机中存储数据和程序的主要设备，也是计算机进行数据处理和信息处理的核心部件。
主存储器分为RAM和ROM两种。
RAM（Random Access Memory）是随机存取存储器，它能够随机读写数据。
RAM分为SRAM和DRAM两种。
SRAM（Static Random Access Memory）是静态随机存取存储器，它的读写速度非常快。
DRAM（Dynamic Random Access Memory）是动态随机存取存储器，它的存储密度非常高，但读写速度比SRAM慢。
ROM（Read Only Memory）是只读存储器，它的数据只能被读取，不能被写入。
计算机的设计原理
计算机的设计原理
计算机的设计原理涉及到以下几个关键方面：
1. 数据表示与存储：计算机使用二进制系统表示和存储数据。
在计算机中，所有的数据都以二进制位的形式表示，可以是数字、字符、图像、声音等各种形式的数据。
计算机通过将数据存储在内存里的不同位置和组合，来表示和处理各种信息。
2. 指令与控制：计算机通过指令来执行各种操作。
指令是一种特殊的二进制代码，用于告诉计算机要执行什么操作。
计算机中的控制部分会按照指令的顺序和要求，逐条执行指令，并对数据进行处理和存储。
3. 中央处理器（CPU）：CPU 是计算机的核心部件，主要负
责执行指令和控制计算机的各个组件。
CPU 包括算术逻辑单
元（ALU）和控制单元（CU）。
ALU 负责执行算术和逻辑运算，而 CU 负责解释和执行指令、控制数据的流动，以及处理各种中断和异常。
4. 存储器：计算机的存储器分为主存和辅助存储器。
主存储器（内存）用于临时存储数据和程序，可以被 CPU 直接读取和
写入。
辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）用于长期存储数据和程序，可以在需要时读取到主存中使用。
5. 输入与输出：输入和输出是计算机与外部世界进行信息交流的方式。
输入设备（键盘、鼠标、摄像头等）将外部信息转化为计算机可识别的格式，输出设备（显示器、打印机、音箱等）
将计算机处理后的信息转化为人类可理解的形式。
总之，计算机的设计原理包括数据表示与存储、指令与控制、中央处理器、存储器以及输入与输出等方面，这些原理相互协同工作，共同实现了计算机的各种功能和操作。
简述计算机的设计原理
简述计算机的设计原理计算机的设计原理。
计算机的设计原理是指计算机系统的构成和运行原理。
它涉及到计算机硬件、软件、网络等方面的知识，是计算机科学和技术的基础。
计算机的设计原理包括计算机的结构、指令系统、运算器和控制器的设计、存储器和输入输出设备的设计、计算机网络的设计等内容。
下面将简要介绍计算机的设计原理。
首先，计算机的结构是计算机的基本组成部分。
它包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备和系统总线等。
中央处理器是计算机的核心部件，它包括运算器和控制器。
运算器负责进行各种算术运算和逻辑运算，控制器则负责控制计算机的运行。
存储器用于存储程序和数据，输入设备用于输入数据和程序，输出设备用于输出计算结果。
其次，计算机的指令系统是计算机的操作系统。
它包括指令的格式、指令的功能、指令的寻址方式等内容。
指令系统是计算机硬件和软件的接口，它规定了计算机的操作方式和功能。
指令系统的设计需要考虑到计算机的性能、可编程性、易用性等因素。
再次，计算机的运算器和控制器的设计是计算机的关键技术。
运算器负责进行各种算术运算和逻辑运算，控制器则负责控制计算机的运行。
它们的设计需要考虑到计算机的速度、精度、可靠性等因素。
在现代计算机中，运算器和控制器通常由微处理器实现。
此外，计算机的存储器和输入输出设备的设计也是计算机的重要组成部分。
存储器用于存储程序和数据，输入输出设备用于输入数据和程序以及输出计算结果。
它们的设计需要考虑到存储容量、存取速度、可靠性、成本等因素。
最后，计算机网络的设计是计算机的发展方向之一。
计算机网络是将多台计算机连接在一起，实现信息共享和资源共享。
计算机网络的设计需要考虑到网络拓扑、网络协议、网络安全、网络性能等因素。
综上所述，计算机的设计原理涉及到计算机的结构、指令系统、运算器和控制器的设计、存储器和输入输出设备的设计、计算机网络的设计等内容。
它是计算机科学和技术的基础，对于理解计算机的工作原理和提高计算机系统的性能具有重要意义。
计算机系统的设计基本原理
计算机系统的设计基本原理咱先说说计算机系统是啥呢？简单讲啊，就像是一个超级复杂的大机器，它能做各种各样的事儿，从让你玩超酷的游戏，到处理那些超级复杂的公司数据。
那这个大机器要设计得好，就得遵循一些基本的原理。
其中一个很重要的原理就是模块化。
这就好比搭积木，每个小块都有自己的功能，组合在一起就成了一个超级大的城堡。
在计算机系统里呢，不同的模块负责不同的工作。
比如说有专门处理数据计算的模块，就像一个超级数学小天才，不管是简单的加法还是复杂的函数运算，它都能搞定。
还有负责存储数据的模块，这个就像是一个大仓库，你所有的照片、文件、游戏存档啥的都放在里面。
模块化的好处可多啦，要是某个小模块出了问题，就像积木里的一块有点歪了，那我们可以单独把这个小模块拿出来修理，而不用把整个计算机系统都拆了重装，是不是很机智呢？再来说说层次化这个原理。
这就像是一个超级大蛋糕，一层一层的。
计算机系统也有不同的层次，从最底层的硬件，像那些芯片、电路板啥的，到高层的软件，像你用的那些APP。
每一层都依赖下面的层来工作，同时又为上面的层提供服务。
比如说硬件层就像是大楼的地基，没有它，上面的软件都没法运行。
而软件层呢，就像是住在大楼里的人，他们利用地基的支撑，过上丰富多彩的生活。
这种层次化让计算机系统的设计和管理变得更加有条理。
如果没有层次化，那所有的东西都混在一起，就像你把衣柜里的衣服、袜子、帽子都扔在一起，找个东西都难死了，计算机系统也会变得一团糟。
还有一个很关键的就是兼容性原理。
想象一下，你买了一个超酷的新鼠标，结果插在电脑上不能用，是不是很气人？这就是兼容性没做好。
计算机系统要设计得能和各种各样的设备、软件兼容。
就像一个超级好客的主人，不管来的是啥样的客人，都能热情招待。
从不同牌子的打印机、摄像头，到各种各样的软件程序，都要能在这个计算机系统里和谐共处。
这样用户用起来才方便呀，不用老是担心这个不兼容那个不兼容的。
另外呢，可靠性也是设计计算机系统必须考虑的。
计算机操作系统-Read
第二章主要内容
★进程的基本概念
★进程控制
★进程同步
★经典进程的同步问题
★管程机制
★进程通信
– 无交互能力
1.2 分时系统
• 原理：
– 时间片、轮流、暂停、快速响应、人机交互
• 特征：
– 多路性、独立性、及时性、交互性
• 实现关键
– 及时接收– 及时处理来自1.2 实时系统的特征
• 多路性 • 独立性 • 及时性 • 交互性 • 可靠性
第一章主要内容
★操作系统的目标和作用 ★操作系统的发展 ★操作系统的基本特征 ★操作系统的主要功能
例题－阅览室问题
• 同步信号量：Ｓ=100 • 互斥信号量：mutex=1 Begin L:P(S); P(mutex); 查找登记表，并置某座位为占用状态； Ｖ(mutex); 在座位上坐下阅览； Ｐ(mutex); 查登记表，并置某座位为空闲状态； V(mutex); V(S); goto L; End.
if S.value≤0 then wakeup（S,L）
２.３进程同步
• 信号量的应用
利用信号量实现前趋关系 Ｐ４５页 例题
信号量的应用
• 实现前趋关系
S1 S2 S4 S3 S5 a,b,c,d,e,f,g:semaphore : = 0,…,0 begin S1;signal(a);signal(b);end;
Chapter6 Chapter7 Chapter8
设备管理
计算机系统结构-Read
采用先行缓冲栈时指令执行过程的时空图表示方法
15
tiger September 2008
5.1.2.3 先行缓冲栈 设置先行缓冲栈的目的: 使指令分析器和指令执行部件独立工
作 1 先行指令缓冲栈 2 先行操作栈 3 先行读数栈 4 后行写数栈
16
tiger September 2008
1.先行指令缓冲栈 位置: 主存储器与指令分析器之间 作用: 平滑主存储器取指令和指令分析器的工作 指令分析器从先行指令缓冲栈取指令 运算、移位、数据传送等指令处理成RR型指令，送入先行操
转移指令 因此，一般用前一种方法来计算缓冲深度
例5.1: 一个采用先行控制方式的处理机，指令分析器分析一 条指令用一个周期，到主存储器中取一条指令装入先行指令 缓冲栈平均要用4个周期。如果这种指令的平均长度L1=9， 即90%的指令是执行时间短的指令。
计算先行指令缓冲栈的缓冲深度为:
DI
L1
提高指令执行速度的主要途径 提高处理机的工作主频 采用更好的算法和设计更好的功能部件 采用指令级并行技术
三种指令级并行处理机 流水线处理机和超流水线(Super-pipelining)处理机 超标量(Superscalar)处理机 超长指令字(VLIW: Very Long Instruction Word)处理机
平均分析一条这种指令的时间为t1
指令流入的速度最慢，设平均取一条指令的时间为t2。从主
存储器中取到先行指令缓冲栈中的指令条数是L1-DI条
应该满足如下关系
L1 t1=(L1-DI) t2
计算出缓冲深度为
DI
L1
(t2 t2
t1)
如果这种指令流的连续长度超过L1，则先行指令缓冲栈将失
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计算机设计的定量原理
在计算机设计中，最重要且应用最广泛的准则就是提高经常发生事件的执行速度，也就是说，在设计上必须有所妥协时，一定更有利于较常发生的一方。
这条原则对于如何分配资源同样适用，因为机器在经常出现的情况下的性能对机器的整体性能影响更大。
提高经常发生事情的执行速度，会更加显著地提高机器的性能。
另外，经常出现的情况一般比不经常出现的情况要简单一些，提高性能相对容易。
用这条原则时，我们必须首先弄清楚什么是经常出现的情况以及提高这种情况下机器的运行速度对计算机的整体性能提高有多大贡献。
一个基本的定律，也就是阿姆达尔定律，可以将此原则定量化。
阿姆达尔定律告诉我们：通过使用某种较快的执行方式所获得的性能提高与可使用这种较快执行方式的部分所占的比例的有关。
阿姆达尔定律定义了采用特定部件所取得的加速比。
假定如果我们使用某种增强部件，计算机的性能就会得到提高，那么加速比就是下式所定义的比率：
加速比反映了使用增强部件后完成一个任务比不使用增强部件完成同一任务加快了多少。
阿姆达尔定律为计算某些情况下的加速比提供了一种便捷的方法。
加速比主要取决于两个因素：
1. 在原有的计算机上，能被改进并增强的部分在总执行时间中所占的比例。
这个值我们称之为增强比例，它永远小于等于1。
2. 通过增强的执行方式所取得的改进，即如果整个程序使用了增强的执行方式，那么这个任务的执行速度会有多少提高，这个值是在原来条件下程序的执行时间与使用增强功能后程序的执行时间之比。
原来的机器使用了增强功能后，执行时间等于未改进部分的执行时间加上改进部分的执行时间：
例1.2 假定采用以下的增强方式，我们能把原机器的40%时间里的速度加速到10倍快，那么增强性能后总的加速比是多少？
解：增强比例=0.4
增强加速比=10
可以看出，阿姆达尔定律反映的是报酬减少的效果，即只对计算中的一部分性能作改进时，其加速随着改进越多而效果越小。
阿姆达尔定律的一个重要推论是，如果某一增强仅对某一任务的某一部分有作用，那么该任务总的加速比不会超过1减去此比例之后所得数的倒数。
同学们在应用阿姆达尔定律时，一个常犯的错误是把"未改进前要改进部分时间所占的比例"和"改进后改进部分时间所占的比例"混淆。
如果我们在计算中使用的是改进后改进部分时间所占的比例，而不是改进前要改进部分时间所占的比例，就会得到错误的结果。
阿姆达尔定律提供了一种计算改进性能指标的方法，以及如何分配资源才能改进性能价格比。
很明显地，其目标是要使资源花费与时间花费成比例。
我们可以利用阿姆达尔定律比较两种设计方案，
如下面例子所示。
例1.3求浮点数（FP）平方根的不同实现方法在性能上可能有很大差异。
假定求浮点数平方根（FPSQR）的操作在某台机器上的一个标准测试程序中占总执行时间的20%。
一种方法是增加专门的FPSQR硬件，可以将FPSQR的操作速度提高为原来的10倍。
另一种方法是提高所有的FP运算指令的执行速度；FP运算指令在总执行时间中占50%。
设计小组认为可以把所有的FP指令的执行速度提高为原来的两倍从而达到提高求浮点数平方根操作的速度。
试比较这两种方法。
解：我们可以通过计算两种方法的加速比来比较其效果：
提高所有浮点指令性能的总体效果要好一些，因为浮点操作所占的比重比较大。
在上面的例子中，我们需要知道新的改进后的FP操作所耗费的时间；通常直接测量这些时间是很困难的。
在下一节中我们可以用另一种方法进行比较，它是把CPU 时间分成独立的三部分。
如果我们能够知道一种方案如何影响这三个分量，我们就能确定这种方案的总的性能影响。
我们还可以在硬件设计出来前用模拟器来测量这些分量。