计算机系统结构第四章演示文稿
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。
大学计算机基础课件完整版演示文稿
第27页，共192页。
2.1 计算机所使用的数制
2.1.2 二进制的运算 二进制的算术运算
加：
0+0=0
0+1=1
1+0=1 1+1=10
减： 0-0=0 0-1=1
1-0=1 1-1=0
乘：
0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1
本位为0， 向高位进位1
本位为1， 向高位借1当2
除：
0÷0=0 0÷1=0
按计算机规模分类
巨型机 大型机 小型机 微型机 工作站 服务器 嵌入式计算机
第13页，共192页。
1.1 计算机基础知识
1.1.4 计算机的特点及应用领域
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速 地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子 设备。
运算速度快
计
计算精度高
算 机
存储容量大
特
具有逻辑判断能力
数据流
第22页，共192页。
1.2 计算机系统构成
1.2.2 计算机软件系统
系统软件位于计算机系统最靠近 硬件的一层，其他软件一般都通过系 统软件发挥作用，系统软件主要包括：
(1) 操作系统。 (2) 语言处理程序。 (3) 监控管理程序、调试程序、 故障检查和诊断程序等。
应用软件
其它系统软 件
操作系统
第3页，共192页。
1.1 计算机基础知识 1.1.1 计算机发展历史上的重要人物和 思想
人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业， 特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机械 式计算机。
下面介绍几位在电子计算机诞生前后对计算机发展有 过突出贡献的几位早期历史人物。
计算机组成原理课件
计算机组成原理课件
计算机组成原理课件通常包括以下几个部分：1.计算机系统概述
计算机的发展历史
计算机的基本组成
计算机的工作原理
2.数据表示与运算
二进制数系统
数据的表示方法：原码、反码、补码
基本运算：加法、减法、乘法、除法、逻辑运算3.计算机硬件组成
中央处理器(CPU)
指令系统
控制器
运算器
存储器
内存
外存
输入/输出设备
输入设备
输出设备
4.计算机指令系统
指令格式
指令分类：数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制转移指令等
指令执行过程
5.存储系统
存储器层次结构
高速缓冲存储器（CaChe）
主存储器（内存）
辅助存储器（外存）
虚拟存储器
6.I/O系统
I/O设备的分类
I/O接口与总线
I/O控制方式：轮询、中断、直接内存访问（DMA）等
I/O设备管理
7.计算机性能评价与优化
计算机性能指标
影响计算机性能的因素
计算机性能优化方法
8.计算机体系结构
冯•诺依曼体系结构
哈佛体系结构
VonNeumann和Harvard体系结构的比较与优缺点9.多处理器系统与并行计算
多处理器系统的基本概念
多处理器系统的分类与特点
并行计算的基本概念与技术
多处理器与并行计算的应用实例。
《计算机应用基础》各章知识点归纳大全
《计算机应用基础》各章知识点归纳大全计算机已经成为我们日常生活和工作中不可或缺的工具，而《计算机应用基础》是我们了解和掌握计算机的重要入门课程。
下面就为大家详细归纳一下这门课程各章的知识点。
第一章：计算机基础知识计算机的定义和发展历程是首先要了解的。
计算机是一种能够按照预先设定的程序，对数据进行存储、处理和输出的电子设备。
从早期的巨型机到现在的微型机，计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路等几个阶段。
计算机的分类也有多种方式，按照性能可分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机等；按照用途可分为专用计算机和通用计算机。
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件系统包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等。
其中 CPU 是计算机的核心部件，它的性能直接影响计算机的运行速度。
存储器又分为内存储器（如内存）和外存储器（如硬盘、U 盘等）。
软件系统则包括系统软件和应用软件。
系统软件是管理和控制计算机硬件与软件资源的程序，如操作系统（如 Windows、Linux 等）、语言处理程序等。
应用软件是为解决特定问题而开发的软件，如办公软件（Word、Excel 等）、图形图像处理软件（Photoshop 等）。
计算机中的数制和编码也是重要的知识点。
常见的数制有二进制、八进制、十进制和十六进制，它们之间可以相互转换。
计算机中采用二进制进行数据存储和处理，而编码则用于表示字符、数字等信息，如 ASCII 码、汉字编码等。
第二章：Windows 操作系统Windows 操作系统是我们最常用的操作系统之一。
了解其基本操作是必不可少的。
首先是桌面的认识，包括桌面图标、任务栏等。
掌握如何设置桌面背景、屏幕保护程序等个性化设置。
文件和文件夹的管理是重点，要学会新建、复制、移动、删除、重命名文件和文件夹，以及如何设置文件和文件夹的属性（如只读、隐藏等）。
Windows 操作系统还提供了丰富的系统工具，如磁盘清理、磁盘碎片整理、系统还原等，要知道如何使用这些工具来维护系统的性能和稳定性。
大学计算机基础 第四章 基于计算机的问题求解
2. 计算机学科
计算机学科就是指计算机科学与技术，是研究计算机的设计，制造 和利用进行信息获取，表示，存储，处理控制等的理论、原则、方 法和技术的学科。计算机学科包括科学和技术两个方面，计算机科 学侧重于研究现象揭示规律；计算机技术则侧重于研制计算机和研 究使用计算机进行处理的方法和技术手段。
第四章
表1-1 通用问题与求解问题的相应软件
第四章
基于计算机的问题求解
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4.2.2 基于计算机程序的问题求解
1. 求解问题的程序方法
程序主要包含如下两方面的信息： （1）对程序中操作的描述。 （2）对程序中数据的描述。
第四章
基于计算机的问题求解
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4.2.2 基于计算机程序的问题求解
#define PAI 3.14159 #include <math.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> void main(){ double x; int y,i,yy;
for(i=1;i<80;i++)
if(i==40) printf("*"); else printf("-"); printf("\n");
第四章 第1章 基于计算机的问题求解 基于计算机的问题求解
4.1 问题描述与抽象 4.2 基于计算机的问题求解方法 4.3 计算机科学的知识领域
第四章
基于计算机的问题求解
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1. 计算机科学
计算机及其周围各种现象和规律的科学，即研究计算机系统结构、 程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科 。计算机科学是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系 统学科，从抽象的算法分析、形式化语法等等，到更具体的主题， 如编程语言、程序设计、软件和硬件等。
《计算机组成与结构》课件
存储程序与内存管理
关键技术
存储程序的概念使得程序和数据存放在内存中，按地址访问。内存管理涉及内存的分配、回收、保护等机制，确保程序安全 、高效地运行。
05 计算机性能指标
CHAPTER
字长与数据类型
字长
指计算机运算部件一次能处理的二进 制数的位数。通常，字长越长，计算 机处理能力越强。
数据类型
02 计算机硬件组成
CHAPTER
中央处理器
功能
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令 和处理数据。
组成
中央处理器由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和逻 辑运算，控制器负责控制计算机的各个部件协调工作。
发展历程
随着技术的不断发展，中央处理器的性能和功能也在不断提升， 从最初的晶体管到现在的超大规模集成电路，中央处理器的制程
存取周期
指从存储器读出或写入一个数据所需要的时间。它是衡量存 储器性能的重要指标。
06 计算机网络基础
CHAPTER
计算机网络的发展历程
面向终端的计算机网络
20世纪50年代，计算机通过线路与 远程终端连接，实现信息交换。
多台计算机互联互通
20世纪60年代，多台计算机通过通 信线路连接，实现资源共享和信息交 换。
国际标准化网络体系结构
20世纪70年代，国际标准化组织制 定OSI参考模型，促进不同厂商生产 的计算机之间的互操作性。
互联网的兴起与发展
20世纪90年代，TCP/IP协议成为互 联网的标准协议，互联网得到迅速发 展。
计算机网络分类
根据覆盖范围分类：局域网（LAN） 、城域网（MAN）、广域网（WAN ）。
电子计算机时代
20世纪40年代，第一台电子计 算机ENIAC诞生，体积庞大， 运算速度慢，主要用于军事和 科学研究。
《计算机应用基础》完整教案
《计算机应用基础》完整教案第一章：计算机基础知识1.1 计算机概述了解计算机的发展历程理解计算机的定义和功能掌握计算机的分类和特点1.2 计算机硬件和软件认识计算机硬件的基本组成理解计算机软件的概念和分类掌握计算机系统的基本结构1.3 计算机操作系统了解操作系统的概念和功能熟悉常用操作系统的基本操作掌握文件管理和系统设置的方法第二章：文字处理软件2.1 文字处理基本操作熟悉文字处理软件的界面和工具栏掌握文本的输入、编辑和排版方法了解字体、段落和页面的设置技巧2.2 表格和图形学习表格的创建、编辑和格式设置掌握图形的基本操作和属性设置了解图文混排的方法和技巧2.3 文档的管理和打印学习文档的保存、打开和关闭方法掌握文档的打印设置和打印操作了解文档的加密和共享技巧第三章：电子表格软件3.1 电子表格的基本操作熟悉电子表格软件的界面和功能掌握表格的创建、编辑和数据输入方法了解单元格格式和数据类型的设置3.2 数据排序和筛选学习数据排序的方法和条件设置掌握数据筛选的功能和应用技巧了解高级筛选和数据排序的组合使用3.3 数据分析工具学习电子表格中的数据分析工具，如图表、数据透视表和数据透视图掌握图表的创建、编辑和格式设置方法了解数据透视表和数据透视图的应用和操作技巧第四章：演示文稿软件4.1 演示文稿的基本操作熟悉演示文稿软件的界面和功能掌握演示文稿的创建、编辑和幻灯片管理方法了解幻灯片布局和设计模板的选择4.2 插入和编辑对象学习在演示文稿中插入文本框、图片、图表等对象的方法掌握对象的编辑和格式设置技巧了解动画和过渡效果的添加和设置方法4.3 演示文稿的放映和输出学习演示文稿的放映和控制技巧掌握演示文稿的输出和分享方法了解放映时的备注和演讲者模式的使用第五章：网络应用基础5.1 计算机网络概述了解计算机网络的定义和功能掌握计算机网络的分类和拓扑结构了解计算机网络的通信协议和技术5.2 互联网的基本应用学习互联网的接入和连接方法掌握浏览器的使用和网页搜索技巧了解电子邮件的基本操作和邮件管理方法5.3 网络安全和隐私保护学习网络安全的基本概念和威胁掌握防范网络攻击和保护个人隐私的方法了解网络安全的最佳实践和技术手段第六章：数据库基础6.1 数据库概述理解数据库的基本概念和作用掌握数据库管理系统的基本功能了解不同类型的数据库系统6.2 数据库的基本操作学习数据库的创建、修改和删除掌握数据表的创建、修改和删除了解数据类型和字段属性的设置6.3 数据查询和管理学习使用SQL进行数据查询掌握数据的添加、修改和删除操作了解索引和约束的设置方法第七章：多媒体应用7.1 多媒体基础知识了解多媒体的定义和特点掌握多媒体的基本元素和技术熟悉多媒体文件的格式和应用7.2 多媒体制作工具学习使用常用的多媒体制作软件掌握多媒体素材的采集和编辑方法了解多媒体作品的发布和展示技巧7.3 多媒体处理技术学习多媒体文件的处理和转换方法掌握多媒体文件的压缩和修复技巧了解多媒体技术的应用和发展趋势第八章：计算机编程基础8.1 编程语言概述了解编程语言的定义和分类掌握编程语言的基本语法和结构熟悉常见的编程语言及其应用领域8.2 基本的编程概念学习变量、数据类型和运算符的使用掌握控制结构和函数的编写方法了解算法和数据结构的基本概念8.3 编程实践完成简单的编程练习和项目掌握调试和测试代码的方法了解编程规范和代码管理工具的使用第九章：计算机维护与管理9.1 计算机硬件维护学习计算机硬件的组成和性能指标掌握硬件设备的安装和升级方法了解计算机硬件的故障排除和维护技巧9.2 计算机软件维护学习软件的安装、升级和卸载方法掌握防病毒软件的使用和病毒清除技巧了解计算机系统的优化和性能监测方法9.3 数据备份与恢复学习数据的重要性和备份策略掌握常用的数据备份和恢复方法了解灾难恢复和数据安全保护的措施第十章：新兴技术与发展趋势10.1 云计算与大数据了解云计算的基本概念和应用模式掌握大数据的基本特征和处理技术熟悉云计算和大数据在现实生活中的应用案例10.2 与机器学习学习的基本原理和应用领域掌握机器学习的基本技术和算法了解在计算机应用中的最新发展10.3 物联网与边缘计算理解物联网的基本架构和关键技术掌握边缘计算的概念和应用场景熟悉物联网和边缘计算在现代社会中的作用和前景重点和难点解析本文档为您提供了一整套《计算机应用基础》的教学教案，涵盖了从计算机基础知识到新兴技术发展趋势的十个章节。
系统规划PPT演示文稿
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4.3 业务流程重组(Business Process Reengineering, BPR)
BPR理论于1990年首先由美国著名企业管理大师、 原麻省理工学院教授迈克尔·汉默(Michael Hammer)先生提出,随即成为席卷欧美等国家的管 理革命浪潮。美国的一些大公司,如IBM、科达、通 用汽车、福特汽车、XEROX和AT&T等纷纷推行 BPR 。
2、提出未来的略图。给出MIS 的初步框架，包括各子系统的 划分等
3、进行战略分析。对MIS的目标、开发方法、功能结构、计 划活动、信息部门的情况、财务情况、风险度和政策等进行 分析
4、确定规划的性质：规划的年限和具体的方法 5、收集相关信息 6、选择开发方案。选定优先开发的项目，确定总体开发顺序、
准时的货物发送，精 确的货物跟踪
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CSF方法的步骤： 1、了解企业目标 2、识别关键成功因素 3、识别性能的评价指标和标准 4、识别度量性能的数据
13
企业系统规划法（Business System Planning, BSP）：
基于用信息支持企业运行的思想
BSP法的工作步骤：
✓ 准备工作
数据管理(诺兰阶段模型的阶段5 ) 成 熟(诺兰阶段模型的阶段6) 由于80年代时，美国尚处在第四阶段，因此，诺 兰没能对该两个阶段进行详细的描述。他认为数据管 理应该是实现企业全方位的数据存储、检索、处理和 维护等；成熟应该是形成了完善的信息系统，可以为 各个管理层次提供信息。
7
信息系统战略规划：关于管理信息系 统长远发展的计划
1993年,迈克尔·汉默与咨询专家詹姆斯(James Champy)合著并出版了《企业重构一经营管理革命 的宣言书》。此书一问世,连续8周被美国《时代》 杂志评为全美最畅销书,几十万册书很快就告罄,位列 美国当年商业类畅销书榜首。
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二、虚拟存贮器——段式存贮管理
根据所用的存贮映象算法不同，虚拟存贮器可以有段式、页式和段页式三 种不同的存贮管理方式。
1 段式存贮管理方式：
本章的基本要求
虚拟存储器的基本要求：
✓理解虚拟存贮器的工作原理； ✓掌握页式虚拟存贮器的虚、实地址字段对应关系和地址映
象规则。
✓熟练掌握在页式虚拟存贮器中，页面装入和替换的过程，
并能计算出页面命中率。
✓理解堆栈型替换算法的定义。 ✓领会在虚拟存贮器中对页面失效的处理及内部地址映象表
中的快慢表机构。
4 并行主存系统的局限性 主要缺点：分体冲突； 5 存储体系的形成与分支
所谓存贮体系指的是构成存贮系统的n种不同的存贮器 (M1~Mn)之间，配上辅助软硬件或辅助硬件，使之从应用程 序员来看，他们在逻辑上是一个整体。让存贮层次的等效访问 速度接近于最高层M1的，容量是最低层 Mn 的，每位价格是 接近于 Mn 的。典型的两级存贮体系是虚拟存贮器和Cache存 贮器。
计算机系统结构第 四章演示文稿
概述
本章着重讲述 ✓存贮体系的基本概念 ✓并行主存系统的组成 ✓虚拟存贮器的原理 ✓Cache存贮器的原理 ✓虚实地址的映象和变换 ✓替换算法 ✓影响性能的因素分析及软硬件功能分配中的某些问题
本章的基本要求
并行主存系统的基本要求：
✓领会发展存贮体系的必要性及存贮体系的两个分支。 ✓了解并行主存系统的各种组织形式。 ✓掌握并行主存系统的极限频宽和实际频宽的关系与计算。 ✓领会并行主存局限性以及发展存贮体系的必要性。 ✓了解有关存贮体系的性能参数及相关结论。
本章的基本要求
高速缓存存储器的基本要求： ✓ 了解Cache存贮器的组成、工作原理。 ✓ 掌握Cache存贮器中的组相联地址映象规则，相应的映 象表机构和虚、实地址变换过程。 ✓ 给出主存的块地址流后，采用组相联或直接映象、LRU 或FIFO替换算法时，能 熟练画出各主存块装入Cache 和其被替换的过程示意图，并计算出Cache块的命中率。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
C1、SM1、T1
M1
C2、SM2、T2
M2
6 存储体系的性能参数
C、SM、T
C=（C1SM1+C2SM2）/（SM1+SM2） T=HT1+（1-H）T2
在设计存贮体系时，需要在选择高命中率的算法、层次化 相邻两级存贮器之间的容量差和速度差，以及所增设的辅助软 硬件价格等多个因素之间进行综合权衡。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
1 存贮系统的基本要求 对存贮系统的基本要求是：大容量、高速度、低价格。 存储器容量SM=W·L·m 存储器速度可以用存储周期TM和频宽Bm来描述。 TM是存贮器连续访问时所需要的间隔时间； Bm是指存贮器连续访问时能提供的数据传送速率： Bm=W·m/ TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统
一、存贮体系的概念与并行主存系统
主存
辅存
虚拟存贮器是从主存容量满足不了要求提出来的。在 主存和辅存之间，增加辅助的软硬件，让它们构成一个整 体。从CPU看，速度接近于主存的，容量是辅存的，每位 价格接近于辅存的。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
Cache
主存
Cache存贮器是从主存速度满足不了要求提出来的。在物 理Cache和主存之间，加设辅助硬件，让它们构成一个整 体。从CPU看，速度接近于物理Cache的，容量是主存的， 每位价格接近于主存的。
2 发展存储体系的必要性 存在的问题： 1） 容量增大，速度会下降，价格会升高； 2）速度升高，价格也会升高。 解决问题的思路： 1）改进工艺、提高技术、降低成本； 2）配置多种性能价格不同的存贮器组成系统，使所有信息以
各种方式分布于不同的存储器上。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体单字
单体多字
单体单字
单体多字
多体单字
BM=W/TM
BM=4W/TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体单字
单体多字
多体单字
BM=W/TM
BM=4W/TM
BM=4W/TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体多字
单体多字存储器主要缺点： （访问冲突大）
1）取指冲突； 2）读操作数冲突； 3）写数据冲突； 4）读写冲突；
一、存贮体系的概念与并行主存系统
8 存贮体系的透明性 虚拟存贮器和Cache存贮器对应用程序员都是透明的，不
需要对应用程序做任何修改就可以在系统上运行。由于CPU 与主存的速度差只有一个数量级，主存与辅存之间的速度差 却有3至4个数量级，所以，Cache存贮器只能全部采用硬件 来实现。这样，Cache存贮器对系统程序员也是透明的，操 作系统不参予对Cache存贮器的管理。而在虚拟存贮器中， 为了降低系统的成本，让不少功能依靠操作系统中的虚拟存 贮管理软件来实现。因此，虚拟存贮器对系统程序员则是不 透明的。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
7 存贮体系依据于程序的局部性 程序的局部性表现在 时间和空间两个方面。时间上的局部
性是因为程序存在着循环。空间上的局部性是因为程序中大 部分指令是顺序存贮和顺序被取出来执行的，数据一般也是 以向量、数组、树、表等形式簇聚地存贮在一起的。最近的 未来要用的指令和数据大多局限于正在用的指令和数据，或 是与这些指令和数据位置上邻近的单元。这样，就可以把目 前常用或将要用到的信息预先放在容量较小的第一级存贮器 M1中，从而使CPU的访问速度可接近于M1的。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体多字存储器与多体单字存储器的区别： 1）前者并行读出的数据其地址必须是连续的且在同一单元内； 2）后者并行读出的数据可以分属不同的分体，地址无需连续， 因为每个存储体均有自己的地址译码、读写驱动等外围电路。
一、存贮体系的概念与并行主存系统
一、存贮体系的概念与并行主存系统
多体单字
一、存贮体系的概念与并行主存系统单体单字单体多字多体单字
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体单字
单体多字
多体单字
BM=W/TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体单字
单体多字
多体单字
BM=W/TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统
单体单字
单体多字
多体单字
BM=W/TM
BM=4W/TM
一、存贮体系的概念与并行主存系统