计算机组成与系统结构
计算机系统组成与层次结构解析
计算机系统组成与层次结构解析计算机系统是由各个组成部分相互协作而形成的，它是一个复杂而庞大的系统。
计算机系统的组成主要包括硬件系统、操作系统和应用软件，并按照一定的层次结构来组织和管理。
本文将对计算机系统的组成和层次结构进行深入解析。
一、硬件系统1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行各种命令和控制计算机的运行。
CPU主要由控制单元和算术逻辑单元组成，通过控制单元对外部输入进行解析和判断，并指挥算术逻辑单元进行数据处理和运算。
2. 存储器存储器用来存储计算机的指令和数据，分为主存和辅助存储器两种。
主存储器是计算机运行时的临时存储空间，辅助存储器则用于永久性地存储大量的数据和程序。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外界进行数据交换。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备则包括显示器、打印机和声音播放器等。
二、操作系统操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和调度计算机的各个硬件资源，提供公共服务和接口。
操作系统的功能包括进程管理、文件管理和存储管理等。
1. 进程管理操作系统通过进程管理来管理计算机上运行的各个程序。
它负责分配和回收计算机的处理器资源，并确保各个进程按照优先级合理地运行。
2. 文件管理文件管理是操作系统负责管理计算机上的文件和目录结构。
它提供了文件的创建、读取、写入和删除等功能，并通过文件系统来组织和存储文件。
3. 存储管理存储管理是操作系统负责管理计算机存储器的一项重要任务。
它负责为进程和文件分配空间，并进行存储空间的回收和整理。
三、应用软件应用软件是计算机系统的最高层次，它通过操作系统提供的接口与硬件进行交互，并为用户提供各种功能和服务。
1. 办公软件办公软件包括文字处理软件、电子表格软件和演示文稿软件等，它们为用户提供了创建、编辑和展示各种办公文档的功能。
2. 图形图像处理软件图形图像处理软件主要用于编辑和处理图形和图像。
它们提供了各种绘图和编辑工具，使用户能够创建和修改各种类型的图形和图像。
计算机组成原理和系统结构
一、计算机的工作原理计算机工作原理是计算机在执行程序时，首先会从存储器中取出指令并加以执行。
执行过程中，控制器负责协调运算器、内存、输入和输出设备等各个部件，完成相应的任务。
在计算机内部，数据和程序均采用二进制形式表示，这使得计算机可以准确地完成各种任务。
简单来说就是存储和程序控制。
在计算机运行时，它会从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。
依此进行下去，直至遇到停止指令。
二、计算机的系统组成计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。
计算机硬件是构成计算机系统各功能部件的集合，是由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。
计算机软件是指与计算机系统操作有关的各种程序以及任何与之相关的文档和数据的集合。
1.计算机硬件系统组成计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成：运算器：也称为算术逻辑单元（ALU），主要负责完成算术运算和逻辑运算。
控制器：作为计算机的指挥系统，控制器主要由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。
存储器：包括内存储器和外存储器，其中内存储器（如RAM）用于临时存储数据和程序，外存储器（如硬盘）则用于长期存储数据和程序。
输入设备：如鼠标、键盘等，用于向计算机输入数据和指令。
输出设备：如显示器、打印机等，用于将计算机处理的结果展示给用户。
2.计算机软件系统由系统软件、支撑软件和应用软件三部分组成。
系统软件：系统软件是由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成的，主要功能包括启动计算机、存储和加载应用程序、对文件进行排序和检索、将程序语言翻译成机器语言等。
系统软件可以看作用户与计算机的接口，它为应用软件和用户提供了控制和访问硬件的手段，这些功能主要由操作系统完成。
计算机组成与系统结构
计算机组成与系统结构1.冯·诺依曼计算机设计思想：依据存储程序，执行程序并实现控制。
2.早期计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
3.软件系统爆过两大部分：系统软件和应用软件。
4.计算机的层次结构分为：微程序或逻辑硬件、机器语言、操作系统、汇编语言、高级语言、应用语言。
5.计算机系统结构、组成与实现之间的区别与联系：①计算机结构：也称为计算机体系结构，是一个系统在其所处环境中最高层次的概念；是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义，以及对各级界面上、下的功能进行分配。
②计算机组成：也常译为计算机组织或成为计算机原理、计算机组成原理。
在计算机系统结构确定了分配给硬件子系统的功能及其概念之后，计算机组成的任务是研究硬件子系统各部分的内部结构和相互联系，以实现机器指令级的各级功能和特性。
③计算机实现：指的是计算机组成的物理实现，主要研究个部件的物理结构，机器的制造技术和工艺等，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度、速度和信号。
器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术。
6.Flynn分类法：按照计算机在执行程序时信息流的特征分为单指令单数据流计算机(SISD)、单指令多数据流计算机(SIMD)、多指令单数据流计算机(MISD)、多指令多数据流计算机(MIMD).7.加速比Sp=1/{(1-Fe)+Fe/Re},Fe为可改进比例，Re为部件加速比。
8.在计算机中有两种信息在流动，一种是控制流，即控制命令，由控制器产生并流向各个部件；另一种是数据流，它在计算机中被加工处理。
9.摩尔定律得以延续的理由：集成电路芯片的集成度每18个月翻一番。
10.冯·诺依曼计算机的执行过程：将要处理的问题用指令编程成程序，并将程序存放在存储器中，在控制器的控制下，从存储器中逐条取出指令并执行，通过执行程序最终解决计算机所要处理的问题。
解释计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者的定义及研究内容
解释计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者的定义及研究内容计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是计算机科学领域的重要概念，它们之间存在密切的关系，但又有着各自独立的定义和研究内容。
首先，计算机系统结构（Computer Architecture）是指计算机硬件和软件的组织方式和相互之间的关系。
它关注的是计算机的总体设计和结构，包括处理器、存储器、输入输出设备等的组织和连接方式，以及数据和控制信号的传输方式。
计算机系统结构的研究内容包括指令集设计、指令执行过程、存储器层次结构、总线结构、输入输出系统等。
计算机组成（Computer Organization）是指计算机硬件的实现方式和内部组成部分的功能设计与实现。
它关注的是计算机硬件的具体构造和内部组织，包括逻辑电路、寄存器、运算器、控制器等的设计和实现，以及数据通路和控制信号的流动方式。
计算机组成的研究内容包括逻辑门电路的设计、寄存器和运算器的实现、控制器的设计、数据通路的布局等。
计算机实现（Computer Implementation）是指计算机体系结构和组成的具体实现方式，也可以理解为具体的计算机系统。
它是在计算机系统结构和计算机组成的基础上进行具体的设计和实现，包括选择硬件平台、设计和实现硬件电路、编写底层软件等。
计算机实现的研究内容包括硬件设计与制造、操作系统开发、编译器和驱动程序的编写等。
三者之间的关系是计算机系统结构提供了计算机的总体设计和组织方式，计算机组成根据计算机系统结构的要求进行硬件部分的具体设计和实现，而计算机实现则将计算机系统结构和组成转化为具体的计算机系统。
在计算机系统研究领域，人们通过对计算机系统结构、计算机组成和计算机实现的研究，可以提高计算机的性能和可靠性，设计出更高效的计算机系统，开发出更强大的应用软件，实现各种计算任务的需求。
同时，这些研究还可以推动和促进计算机技术的发展和进步，推动计算机科学的研究和应用。
计算机系统的组成和基本结构资料
输出设备
微型计算机硬件系统的基本结构
中央处理器
概述 CPU的功能结构 CPU的主要技术参数
中央处理器
简称CPU（Central Processing Unit），是计算 机系统的核心，包括运算器和控制器两部分。 中央处理器是计算机的心脏。
运算器完成各种算术运算和逻辑运算。由进 行运算的运算器件和用来暂时寄存数据的寄 存器、累加器等组成。
固化在里面。 主要用于检查计算机系统的配置情况并提供
最基本的输入/输出控制程序。 特点是计算机断电后存储器中的数据仍然存在。 其他形式的只读存储器：可编程只读存储器PROM、可
擦除的可编程的只读存储器EPROM、闪存(Flash)本意是指互补金属氧化物半导体）， 主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存 当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设 定。 CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电， 信息也不会丢失。 CMOS RAM本身只是一块内存，只有数据保 存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过 专门的程序。
计算机系统的组成 和基本结构
计算机系统的组成和基本结构
1. 计算机系统的构成 2. 计算机硬件系统 3. 计算机软件系统 4. 计算机工作原理 5. 选配一台计算机
计算机系统构成结构
计算机系统
软件系统（程序、文档） 硬件系统（设备）
何为硬件系统？ 何为软件系统？
硬件系统是指由电子器件和机电装置组 成的计算机实体； 软件系统是指为计算机运行工作服务的 全部技术资料和各种程序。
分类：按其工作特点分为只读存储器ROM （Read-Only Memory）和随机存取存储器 RAM (Random Access Memory) 。
随机存取存储器（ RAM）
计算机组成与系统结构
计算机组成与系统结构计算机组成与系统结构是计算机科学中的重要领域，涉及计算机硬件和软件的设计、实现和优化。
本文将探讨计算机组成与系统结构的基本概念、原理和应用。
一、概述计算机组成与系统结构是指将计算机硬件和软件组织在一起以实现特定功能的过程。
它关注计算机系统中各个部分的功能、结构和相互关系。
计算机组成与系统结构的目标是实现高性能、高可靠性和可扩展性的计算机系统。
二、计算机组成1. 中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它由控制器和运算器组成。
控制器负责解析和执行指令，而运算器负责执行算术和逻辑操作。
2. 存储器存储器用于存储程序和数据。
常见的存储器包括内存（Random Access Memory，简称RAM）和磁盘存储器。
内存是计算机中主要的工作存储器，用于临时存储程序和数据。
磁盘存储器则用于长期存储大量数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标和触摸屏，而输出设备包括显示器和打印机。
输入输出设备通过与计算机的接口进行数据传输。
三、系统结构1. 单处理器系统单处理器系统是指只有一个中央处理器的计算机系统。
它具有简单的结构和较低的成本，但处理能力有限。
在单处理器系统中，任务按照顺序执行，无法并行处理多个任务。
2. 多处理器系统多处理器系统是指具有多个中央处理器的计算机系统。
多处理器系统能够并行处理多个任务，提高计算能力和系统吞吐量。
多处理器系统可以进一步划分为对称多处理系统和非对称多处理系统。
3. 分布式系统分布式系统是指由多个计算机连接而成的系统。
在分布式系统中，计算机之间通过网络进行通信和协同工作。
分布式系统具有高可靠性和可扩展性，能够处理大规模的计算和存储任务。
四、应用领域计算机组成与系统结构的理论和技术在各个领域得到广泛应用。
例如，在超级计算机中，通过结合多个处理器和存储器单元，可以实现高性能的科学计算；在嵌入式系统中，通过优化计算机硬件和软件的结构，可以实现低功耗和高效率的计算。
计算机组成与系统结构(第五版 立体化教材)
2016年科学出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录
目录
02 内容简介 04 教学资源
05 教材特色
07 图书目录
目录
06 作者简介
基本信息
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》是由白中英主编，2011年12月科学出版社出版的普通高 等教育计算机类特色专业系列规划教材。该教材可作为计算机及相关专业的教材，适合作软件类和应用类专业的 教学用书，也可作为成人自学考试、全国计算机等级考试NCRE（四级）用书。
出版工作
2011年12月 ，《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》由科学出版社出版。
内容简介
内容简介
该教材将计算机组成原理和计算机系统结构两门课合二为一，讲授计算机单处理机系统的组成和工作原理， 在该基础上扩展讲授并行计算机的体系结构。内容共10章：包括计算机系统概论；运算方法和运算器；多层次的 存储器；指令系统；中央处理机；总线系统；外围设备；输入输出系统；安腾高性能处理机体系结构；并行体系 结构。附录A中介绍了配套教材与教学设备。附录B中给出了计算机组成原理研究生入学统考大纲。
杨春武、冯一兵、张杰、靳秀国、杨秦、陈楠、于艳丽、刘敬晗、祁之力、王军德、张振华、刘俊荣、李娇 娇、李贞、王坤山、肖炜、崔洪浚、白媛、吴琨等参与了第五版文字教材、CAI课件、习题库、试题库、教学仪 器、实验设计、课程设计等的编写和研制工作。该教材由中国科学院计算技术研究所国家智能计算机研究开发中 心陈鸿安研究员主审。
教材目录
教材目录
（注：目录排版从左到右列 ）
教学资源
教学资源
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》的配套教材是《计算机组成原理试题解析（第五 版）》。
计算机系统结构与组成
计算机系统结构与组成计算机是人类创造的一种自动执行计算、存储和处理信息的工具。
而计算机系统结构与组成则是指计算机在硬件和软件两个层面上的组成和结构安排。
本文将就计算机系统结构与组成的相关内容进行详细阐述。
一、计算机硬件组成计算机硬件是指计算机内部的实体部件，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
下面将详细介绍计算机硬件组成的各个部分。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心部件，主要负责执行各种指令和进行数据处理。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，分别负责控制程序流程和执行运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机程序和数据。
主要分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器指的是CPU能够直接访问的内存，而辅助存储器则是指磁盘、固态硬盘等存储设备。
3. 输入输出设备输入输出设备用于实现计算机与外部世界的信息交互。
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。
二、计算机软件组成计算机软件是指控制计算机硬件工作的程序和数据，分为系统软件和应用软件两类。
下面将具体介绍计算机软件组成的两个部分。
1. 系统软件系统软件是计算机操作系统及其相关辅助工具的总称。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件资源、提供用户接口、调度任务等。
辅助工具则包括编译器、调试器、驱动程序等。
2. 应用软件应用软件是根据用户需求而开发的各种软件程序，包括文字处理软件、图像处理软件、视频编辑软件等。
它们通过系统软件与计算机硬件进行交互，实现特定的应用功能。
三、计算机系统结构计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织和安排方式。
根据计算机系统结构的不同，可以分为冯·诺依曼结构和哈佛结构两种。
1. 冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构是目前广泛采用的一种计算机系统结构。
它将存储器、控制单元和算术逻辑单元集中在一起，通过总线进行数据传输。
程序和数据都存储在同一块存储器中，按照顺序执行。
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1:__计算机体系结构__是机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性，其实质是确定计算机系统中软硬件的界面。
2:虚拟存储器可看作是一个容量非常大的___逻辑___存储器，有了它，用户无需考虑所编程序在__主存__中是否放得下或放在什么位置等问题。
3:指令的跳跃寻址方式，是指下一条指令的地址由本条指令直接给出，因此，_程序计数器_的内容必须相应改变，以便及时跟踪新的指令地址。
4:指令格式中的地址码字段，通常用来指定参与操作的___操作数___或其地址。
5:在定点__小数、整数___运算中，为了判断溢出是否发生，可采用双符号位检测法。
不论溢出与否,其__最高__符号位始终指示正确的符号。
6:1966年，M.J.Flynn从计算机体系结构的并行性能出发，按照__指令流, 数据流__的不同组织方式，把计算机系统的结构分为SISD、SIMD、MISD和MIMD四类。
7:具有相同___计算机体系结构__的计算机，可以采用不同的__计算机组成___。
8:MOS半导体存储器中，__SRAM _的外围电路简单，速度___快___，但其使用的器件多，集成度不高。
9:Cache的功能由___硬件___实现，因而对程序员是透明的。
10:冯•诺伊曼型计算机的设计思想是__存储程序并按地址顺序执行___。
11:到目前为止，使用最为广泛的计算机形态是__嵌入式计算机___。
12:从CPU来看，增加Cache的目的，就是在性能上使__主存, 内存__的平均读出时间尽可能接近Cache的读出时间。
13:在主存与Cache间建立地址映射，有几种不同的地址映射方式，它们是_全相联映射方式, 直接映射方式, 组相联映射方式_。
14:部分在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是__微程序设计级, 机器语言级_。
15:在计算机系统的层次结构中，属于软件级的是_高级语言级, 汇编语言级_。
16:在计算机系统的层次结构中，___微程序设计级, 操作系统级, 机器语言级__采用二进制数语言。
17:一种__计算机组成___可以采用多种不同的__计算机实现___。
18:世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC使用_电子管_作为电子器件。
19:MOS半导体存储器中，__ DRAM __可大幅度提高集成度，但由于__刷新__操作，外围电路复杂，速度慢。
20:指令格式就是___指令字__用二进制代码表示的结构形式。
1:当CPU和主存进行信息交换，即CPU___向主存存入数据, 从主存读出数据, 从主存读出指令___时，都要使用地址寄存器和数据寄存器。
2:取出和执行任何一条指令所需的最短时间为_2_个CPU周期。
3:1997年，Intel在其Pentium MMX CPU中集成了MMX技术，使用了8个___64___位宽的MMX寄存器。
4:当代总线是一些标准总线，追求与___技术, 结构, CPU, 厂家___无关的开发标准。
5:在CPU中，运算器通常由___算术逻辑单元, 累加寄存器, 数据寄存器, 状态条件寄存器___组成。
6:在对流水CPU基本概念的描述中，正确的是__流水CPU是一种非常经济而实用的时间并行技术____。
7:相对于硬连线控制器，微程序控制器的优点在于__结构比较规整, 复杂性和非标准化程度较低, 增加或修改指令较为容易____。
8:在CPU中，数据寄存器用来暂时存放__由主存读出的一条指令, 由主存读出的一个数据字, 向主存存入的一条指令, 向主存存入的一个数据字____。
9:以下句子中，正确的是__各条指令的取指阶段所用的CPU周期是完全相同的。
由于各条指令的功能不同，指令的执行阶段所用的CPU周期是各不相同的____。
10:在CPU中，程序计数器用来保存___下一条指令的地址___。
11:在对RISC机器基本概念的描述中，正确的是___ RISC机器一定是流水CPU ___。
12:在一个计算机系统中，算术流水线是指运算操作步骤的并行，是__部件___级流水线。
13:流水CPU通常由_指令部件, 指令队列, 执行部件_等几个部分组成，这几个功能部件可以组成一个多级流水线。
14:奔腾CPU的大多数简单指令用硬连线控制实现，在1个时钟周期内执行完毕。
而对于用微程序实现的指令，也在__2, 3__个时钟周期内执行完毕。
15:第一台RISC计算机于___1981__年在美国加州大学伯克利分校问世。
16:一个计算机系统可以在不同的并行等级上采用流水线技术。
按照流水的级别，流水线可分类为__算术流水线, 指令流水线, 处理机流水线, 宏流水线____。
17:在流水过程中存在的相关冲突中，___数据相关___是由于指令之间存在数据依赖性而引起的。
18:奔腾CPU的异常中断是由指令执行引发的，包括_执行异常, 执行软件中断指令_。
19:在CPU中，暂存指令的寄存器是__指令寄存器__。
20:在CPU中，状态条件寄存器（PSW）用来保存__标志位, 条件码, 中断信息, 状态信息___。