新编计算机基础教程—周立功 1.3 计算机系统
计算机体系结构课程介绍和教学大纲
《计算机体系结构》课程简介课程内容：《计算机体系结构》是为计算机科学与技术专业学生开设的一门选修课程。
这门课程既是计算机体系结构设计的入门课，又是计算机专业的总结型专业核心课程，体现了计算机组成原理、计算机操作系统、数据结构、微机原理等课程的综合运用。
其主要任务是较为全面系统地讲述计算机体系结构的基本概念、基本原理、量化分析和优化方法。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机组织和系统结构的基本知识，熟悉现代计算机中各种典型系统结构的原理、组织、关键技术和定量的分析方法；了解体系结构设计的基本方法；学会分析、评价和优化计算机系统的整体性能，具有一定的选择和使用计算机系统的能力，能够正确选择和匹配应用领域与计算机系统结构，并且具备进入高性能计算领域进一步学习和深入研究的初步能力。
Brief Introduction Computer ArchitectureCourse Description:This course is the elective subject for the college students of the major of the computer science and technology. It is the prerequisite course of the computer architecture, and it is the summary of the computer curriculum. The course embodies the principle of computer composition theory, operating system, data structure and the principle of microcomputer. The basic task of this course is to introduce the basic concepts, principles, quantitative analysis and optimization methods relatively systematically.Through the study of the course, the students will master the basic knowledge of the computer organization and computer architecture, familiar with the principle, organization, key technology and quantitative analysis method of the typical architecture in modern computer. The student will understand the method of design the computer architecture, master to analysis, evaluation and optimization of computer architecture, having the ability of selection and using the computer. At last, the course will cultivate the ability of learning and research in the domain of high performance computing.《计算机体系结构》课程教学大纲一、教学内容第一章计算机系统结构的基础知识1.1 引言1.2 计算机系统结构的基本概念1.3 计算机系统的设计1.4 计算机系统的性能评测1.5 计算机系统结构的发展1.6 计算机系统结构中并行性的发展1.7 小结教学难点：计算机体系结构概念的建立、层次模型的建立。
《计算机应用基础》教材目录
《计算机应用基础》教材目录《计算机应用基础》教材目录第一章计算机的基本概念和组成1.1 计算机的发展历史1.2 计算机的基本组成1.2.1 中央处理器1.2.2 存储器1.2.3 输入设备1.2.4 输出设备1.2.5 辅助存储设备1.3 计算机的工作原理第二章数据表示与数据存储2.1 数字系统2.2 位和字节2.3 基本数据类型2.3.1 整型2.3.2 浮点型2.3.3 字符型2.3.4 布尔型2.4 存储单位和存储容量2.5 ASCII码和Unicode编码第三章操作系统3.1 操作系统的概念和作用 3.2 操作系统的分类3.2.1 批处理操作系统3.2.2 分时操作系统3.2.3 实时操作系统3.2.4 网络操作系统3.3 操作系统的功能和特点 3.4 常用的操作系统第四章网络基础知识4.1 计算机网络的发展历史 4.2 计算机网络的分类4.2.1 局域网4.2.2 广域网4.2.3 城域网4.2.4 互联网4.3 网络拓扑结构4.3.1 星型拓扑4.3.2 总线拓扑4.3.3 环形拓扑4.3.4 网状拓扑4.4 网络协议4.4.1 TCP/IP协议4.4.2 HTTP协议4.4.3 FTP协议第五章数据库基础5.1 数据库的概念和特点 5.2 数据库管理系统5.2.1 数据库的结构5.2.2 数据库的操作5.2.3 数据库的安全性与完整性 5.3 关系型数据库5.3.1 数据库表的创建与操作 5.3.2 SQL语言基础5.3.3 数据库查询与应用第六章算法与程序设计6.1 算法的基本概念6.2 算法设计与分析6.3 程序设计语言6.3.1 C语言6.3.2 Java语言6.3.3 Python语言6.4 程序的编写与调试第七章操作系统与应用软件7.1 常用的操作系统7.2 办公软件7.2.1 文字处理软件7.2.2 电子表格软件7.2.3 演示文稿软件7.3 图形图像处理软件7.3.1 图形编辑工具7.3.2 图像处理软件7.4 多媒体应用软件第八章计算机安全与网络攻防 8.1 计算机安全的基本概念 8.2 和恶意软件8.2.18.2.2 蠕虫8.2.38.2.4 嗅探器8.3 网络攻击与防范8.3.1 防火墙8.3.2 入侵检测系统8.3.3 安全策略附件：本文档涉及附件包括实例代码、数据表格等。
计算机应用基础 第一章 计算机基础概论
电子管计算机
早期使用大规模及超大规模 集成电路的微型计算机
晶体管计算机
中小规模集成电路计算机
当代的超级计算机
第一章 计算机基础知识
1.1 走进计算机世界--计算机的特点
• 高速、精确的运算能力 • 计算精度高 • 存储容量大 • 可靠性 • 具有逻辑判断功能 • 自动化程度高，通用性强
每秒上万亿次 小数点后200万位的π值 海量、可靠、速度快 连续无故障可达到几十万小时以上
设想：若现在世界上所有计算机有一个月不能正常运行，世界将变成什么样子？
第一章 计算机基础知识
1.1 走进计算机世界
计算机发展历程： 第一台计算机名叫 ENIAC，于1946年2月 在美国宾夕法尼亚大学诞生。
名字：ENIAC（埃尼阿克） 研制目的：军事上的需要 诞生时间：1946年 运算速度：5000次加法/秒 采用元器件：电子管（18,800个） 1500个继电器；30吨重；占地170平方米 意义：宣布了电子计算机时代的到来
13.6875 = （1101.1011）2
第一章 计算机基础知识
1.2 数制与编码--字符的二进制编码
• 目前计算机中字符编码普遍采用的是ASCII码 （美国标准信息交换码）。 • 一个ASCII码由 7位 二进制数组成，共能表示 128个 字符数据。 • 为了方便计算机处理，人们一般将ASCII码的最高位前增加一位0，凑成一个字节，便于
编语言 高级语言
操作系统
数据库、网络
巨型化、微型 化、网络、智 能、多媒体
应用范围
科学计算
科学计算、数据处理、 工业控制
科学计算、数据处理、 工业控制、文字处理、
图片处理
各个领域
第一章 计算机基础知识
新编计算机基础教程—周立功 2.2 WORD的基本操作2
•创建表格 •设置表格格式 •插入图片 •设置图片格式
应用表格图片
•创建表格
创建表格
Word 2003提供了多种建立表格的方法，方便用户使用。主要有：
方式一
用“表格→绘制表格”菜单 命令
方式三
用“表格→ 表格自动套用
创建 表格
格式”菜单命令
方式二
用“表格→ 插入→表格”菜单 命令
方式四
用工具栏中的“插入表格”
中的 “底纹颜色” 按钮。
设置表格格式
设置表头单元格的底纹颜色。
简 2. 选中表头文 1.单击要修饰的 3.在“底纹颜色” 单 表 设置表格底纹 字，单击“表格 表格，出现“表格 框中，根据需要 格 和边框”工具栏 和边框”对话框。 设 选择合适的底纹 表头底纹颜色： 中的 “底纹颜色” 置 颜色。 灰色—10% 操 按钮。 作 演 示 ：
2.单击 “插入→ 1.将光标置于需 3.选择需要插入 图片→来自文件” 要插入图片的位 的图片，然后单 菜单命令，打开 置。 击“插入”按钮。 “插入图片”对话 框。
图 片 设 置 操 作 演 示 ：
1 . jpg
应用表格图片
•设置图片格式
设置图片格式
在Word 2003中可以使用“图片”工具栏来帮助用户修饰图片。
单击“格式 ” →“项目符号和编号”菜单命令，可以打开“项目
符号和编号”对话框。
项目符号
编号
多级符号
项 目 符 号 和 编 号 介 绍 ：
应用项目符号和编号列表
为文字添加项目符号操作步骤。
第三步
第二步
3.在“项目符
第一步
2.单击“格式”菜
单栏中的“项目 1.选中要添加项 目符号的文字。 符号和编号”按
新编计算机基础教程—周立功 3.4 PowerPoint基本操作三
用鼠标拖动黄色菱形 控制点调整星齿大小
Ctrl
按ctrl键可保持放大或缩小图形的中心位置不变
绘图步骤
绘制三十二角星
3.设置填充颜色
调整大小尺寸
4.设置线条颜色
改变颜色和线条
5.点击确定 1. 右键单击图形 2.点击设置自选图形格式
绘图步骤
绘制三十二角星
调整大小尺寸
改变颜色和线条
设置3D效果
1.选中三十二角星图形 3.选者三维样式14
计算机支持多监视器功能
7.点击幻灯片放映 8.点击观看放映
4.选者监视器2为默认监视器 设置多监视器功能 5.把演示者视图勾上
在备注窗格中给幻灯片添加备注 6.点击确定
打开演示者视图
使用演示者视图操作
使用演示者视图 se Presenter View
计算机支持多监视器功能
7.点击幻灯片放映 8.点击观看放映
6.把第二项勾上
在备注窗格中给幻灯片添加备注
7.点击确定
打开演示者视图
使用演示者视图操作
使用演示者视图 se Presenter View
计算机支持多监视器功能
2.点击幻灯片放映 3.点击设置放映方式
1.打开演示的PPT 设置多监视器功能
在备注窗格中给幻灯片添加备注
打开演示者视图
使用演示者视图操作
2.点击三维效果样式
绘图步骤
绘制三十二角星
调整大小尺寸
改变颜色和线条
设置3D效果
1.选中三十二角星图形
3.选者三维设置 2.点击三维效果样式
绘图步骤
绘制三十二角星
调整大小尺寸
深度：144磅； 方向：透视；
改变颜色和线条
周立功ARM嵌入式系统基础教程课后习题答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、什么叫嵌入式处理器嵌入式处理器分为哪几类嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统为何要使用嵌入式操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了 32 位 CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段各自的具体任务是什么项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析嵌入式项目主要有哪些方面的风险在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范制定系统规范的目的是什么规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
周立功博文集锦
成功心法（7）：如果提高自身的技术修养（1）凡是学过C语言的人都知道main()函数，但未必一定清楚其鲜为人知的“私隐”，下面将为此揭开其神秘的面纱。
????对于标准的C语言来说，main 是所有 C 程序中都必须包含的一个函数名字。
main()是C 程序中第一个要执行的函数，必须通过main()中的函数调用才能执行其它函数。
只有当main()执行结束时，整个程序才会执行结束。
尽管在逻辑上main()是程序中第一个要执行的函数，但在程序行文上，它不一定是第一个函数。
???????main()函数是由程序员自行编写的，但其函数说明符是由语言规定好的。
它可以定义成无参函数，详见程序清单1。
程序清单??无参数函数int main(void){????????......}????也可以带有2个特定参数 argc与argy，详见程序清单2。
程序清单2 int main(int argc,char argy[])函数int main(int argc,char argy[]){?????......}????argc与argy 特定参数名字是由语言预定义的标识符，尽管有些C编译器也允许使用其它的一些参数，但标准C只支持argc与argy。
在C语言中，编译器处理main()函数与其它函数的方式基本上是一样的，其区别主要表现在运行时，编译器可以支持argc与argy这2个特殊的参数。
????由于计算机仅认识机器码，而不认识C语言中的main()函数，因此必须有一段程序来识别C编译器编译的main()函数并调用它。
其实在C语言的标准中，有一个非常重要的概念，那就是环境。
????环境是指程序翻译与执行所在的计算背景（或称计算上下文），环境可以分为翻译环境与执行环境2类。
对于C程序员来说，一般不必关心翻译环境。
而在C语言的标准中，对执行环境的解释大致如下：????执行环境是指程序经过翻译后执行的环境，执行环境与翻译环境可以是同一环境，也可以是不同环境。
第01章、嵌入式系统概述
4
嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床：动作监视与控制 洗衣机:旋转控制，水流控制 数码照相机：读写数据卡 打印机：打印强度，颜色，翻页 飞机：参数控制 …
5
1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
16
Windows CE
WinCE主要应用于PDA，以及智能电话（smart phone）等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的，是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面，为了 提高系统的实时性，主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在通信和网络的能 力，以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整，甚 至还提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒体 方面，目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台，其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码，以及对多媒体信号进行处理。 17
12
2．ARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定 3．ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用；ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
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中央处理器
位数越多，主频越高，信息流动就越快，处理问题的能力就越强， CPU的性能越好。这就好比，公路越宽，车速越快，在单位时间内通过 的车就越多，且不容易堵车。
指其核心电路数据总
指CPU的时钟频率，
主频
线的宽度。例如： 8080/8085为8位CPU， 8086/8088为16位CPU， 80386为32位CPU ……
地址总线
• Address Bus, 简称AB • 用于传送地址，通过地 址总线传送CPU发出的地 址信息，以访问被选择的 存储器单元或I/O接口电 路。
控制总线
• Control Bus, 简称CB • 用来传送各种控制信号， 控制信号的传送方向由具 体控制信号而定，一般是 双向的。 • 控制总线的位数需根据
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
主板
主板又称为系统板、主机板，安装在机箱内，是计算机的最基本、 最重要的部件之一，是计算机中各设备相互连接的桥梁。 计算机通过主板将CPU 等各种器件和外部设备有机 地结合起来形成一套完整的 系统。计算机在正常运行时 对系统内存、存储设备和其 它I/O设备的控制和驱动都 必须通过主板来完成，因此 计算机的整体运行速度和稳 定性在相当程度上取决于主 板的性能。 安装插槽 接口
总线
总线是由导线组成的一组传输线，是计算机系统中各功能部件之间相互 连接的数字通信机构，一个计算机可包含一个或多个总线，把处理器、存储 器，以及I/O设备相互连接起来。
两两连线需要 n(n-1)/2根线， 接线错综复杂。
处理器
音频
处理器 视频 存储器
音频
视频
存储器
输入
输出
输入
输出
接口
在计算机硬件系统中，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过 相应的接口电路再与总线相连接。采用总线结构便于部件和设备的扩充；使 用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。
软件系统
计算机系统组成
显示器
主板 主机箱
电源 鼠标 显卡 CPU
硬盘
键盘 内存
目
录
计算机系统组成
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
计算机工作原理
冯·诺依曼理论： 计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5大部分组成。
输入设备 存 数 据
地址总线(AB) 系 统 总 线 形 成 逻 辑 数据总线(DB) 控制总线(CB) 存储器
CPU
I/O接口
······ ······
I/O设备
计算机总线结构示意图
计算机工作原理
数据总线
• Data Bus，简称DB • 用来在CPU、存储器、 I/O I/O接口之间传送指令或 数据 • 双向三态形式的总线
内存储器
功能 分类 特点 存放当前正在运行或待处理的程序、 数据等 ROM 只读不写，断电 后信息不会丢失 RAM 随时读写，断电 信息全部丢失
外存储器
存放计算机中暂时不用或需要 长期保存的程序、数据等
图例
目
录
计算机系统组成
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
1.3 计算机系统
目
录
计算机系统组成
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
计算机系统组成
运算器 中央处理器 主机 内存储器 硬件系统 外部设备 计算机系统 控制器 只读存储器(ROM) (ROM) 可读写存储器(RAM) (RAM)
外存储器：硬盘、光盘、软盘、U盘 U 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备：显示器、打印机、绘图仪 其他设备：网卡、声卡、显卡等 操作系统：Dos、Windows、Unix等 Dos Windows Unix 系统软件 程序语言处理系统 数据库管理系统 服务程序：检查、诊断、排错 应用软件 通用应用软件：Offic、Photoshop等 Offic Photoshop 专用应用软件：用户程序
• 地址总线是单向三态的， 系统的实际需要而定，一 地址只能从CPU向外传送， 般受CPU的控制功能和引 • 地址总线位数决定CP小。脚数目的限制
目
录
计算机系统组成
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
中央处理器
中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）是整个计算机的 核心，它由控制器和运算器两部分构成。CPU的性能在很大程度上决定 了计算机品质的好坏、运算速度等，即所配置的计算机的性能。
算术逻辑单元
存储器 取 数 据 取 指 令 控制器
输出设备
协调和指挥整个计算 机系统有条不紊地工 作，自动执行程序。
控 制 命 累加器 令 状态寄存器 通用寄存器
运算器
控 制 命 令
中央处理器
计算机系统的基本结构
计算机工作原理
在微型计算机系统中，CPU、存储器、输入/输出设备等各部件通 过总线相互连接，由CPU控制各部件对总线的使用权。
位宽
单位是GHz（或MHz）， 用来表示CPU运算、处理 数据的速度，是CPU性能 表现的一个方面。
目
录
计算机系统组成
计算机工作原理
中央处理器
存储器
基本输入/输出设备 基本输入 输出设备 总线、 总线、主板与接口
存储器
存储器是计算机的记忆体，用来存放数据和程序，是组成计算机的 必不可少的设备之一。
基本输入输出设备
计算机的基本输入/输出设备，通称为I/O设备，是计算机与外界进行 沟通的信息枢纽。 任何由计算机处理的原始数据、现场采集的信息以及程序本身都必 须经输入设备才能送至计算机；计算机处理信息的结果必须经输出设备转 换成人们能识别的信息，才能为人们所利用。 输入设备 输出设备
目
录
计算机系统组成