计算机系统结构思维导图
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计算机网络（数据链路层思维导图、习题）
计算机⽹络（数据链路层思维导图、习题）思维导图：3-01 数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?答：链路是从⼀个结点到相邻结点的⼀段物理通路，中间没有任何其他的交换结点。
数据链路：在物理链路上添加了控制协议，对数据的传输进⾏控制，把视线协议的硬件和软件添加到物理链路上就形成了数据链路。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：封装成帧：添加帧定界符，接收端可以知道接受的帧是否完整。
流量控制：接收⽅在缓冲区快满的时候通知发送⽅让他降低发送速度，避免缓冲区溢出发⽣丢包现象。
差错检验：帧检验序列FCS。
将数据和控制信息区分开透明传输：⽆论什么样的⽐特组合都能够按照原样没有查错地通过数据链路层。
链路层的优点和缺点取决于所应⽤的环境：对于⼲扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防⽌全⽹络的传输效率受损；对于优质信道，采⽤可靠的链路层会增⼤资源开销，影响传输效率。
3-03 ⽹络适配器的作⽤是什么?⽹络适配器⼯作在哪⼀层?答：（1）进⾏串⾏到并⾏的转换（2）对数据进⾏缓存（3）对计算机的操作系统安装设备驱动程序⽹络适配器（⽹卡）⼯作在数据链路层和物理层，在数据链路层负责CSMA/CD协议，在物理层负责将数据转化成0101数字信号。
3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：（1）帧定界：分组交换的必然要求（2）透明传输：避免消息符号与帧定界符号相混淆（3）差错检测：差错的⽆效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源3-05 如果在数据链路层不进⾏帧定界，会发⽣什么问题？答：（1）⽆法区分分组与分组（2）⽆法确定分组的控制域和数据域（3）⽆法将差错更正的范围限定在确切的局部3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使⽤帧的编号？PPP适⽤于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：特点：（1）简单，提供不可靠的数据报服务，⽆纠错，不需要流量控制,不使⽤序号和确认机制。
王道计算机网络第二章物理层思维导图脑图
通信双方可以同时发送信和接受信息，也需要两条信道 Eg：打电话
串行传输&并行传输
串行传输 并行传输
将表示一个字符的8位二进制数按由低位到高位的顺序依次发送 速度慢，费用低，适合远距离 将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送 速度快，费用高，适合近距离
同步传输
在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称 区块传输，在传送数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据
多模光纤
光纤
单模光纤
分类
1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2.抗雷电和电磁干扰性能好 3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
特点
4.体积小，重量轻
自由空间，介质可以是空气、真空、海水等
信号向所有方向传播 较强穿透能力，可传远距离，广泛用于通信领域（如手机通信）
无线电波
信号固定方向传播
基带信号与宽带信号
宽带信号
将基带信号进行调制后形成的频分复用信号，再传输到模拟信道上去传输（宽带传输）
把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中 传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）
在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，从而信号内 容不易发生变化）
再生，放大信号
对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输 入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度， 不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备
功能
集线器不能分割冲突域
集线器（多口中继器）
连在集线器上的工作主机平分带宽
物理层设备
传输介质和物理层设备
计算机输入输出系统思维导图
提高 U和I/O设备之间的并行性
缓冲的引入（原因）
解决数据粒度不匹配的问题
即在 U计算的时候，将数据数据输入到缓冲 区(大小取决与T和C的大小)
多个缓冲区 多个指针
即允许 U连续工作（T不断） 组成
单缓冲区 双缓冲区
Ge u 过程 R ea u 过程
使用
同步问题
环形缓冲区（专为生产者和消费者打造）
由空缓冲区链接而成F( m )，L( m )分别指向 该队列首尾缓冲区
瓶颈问题
数组多路通道
含有多个非分配型子通道，前两种通道的组合， 通道利用率较好
原因;通道不足
解决办法：增加设备到主机间的通路，而不增加 通道（结果类似 S触发器）
中断机构和中断处理程序
中断
分类
中断（外部触发）
对外部I/O设备发出的中断信号的响应
陷入（内部原因：除0）
由 U内部事件引起的中断
中断向量表（类比51单片机）
中断程序的入口地址表
中断优先级
对紧急程度不同的中断处理方式
对多中断源的处理方式
屏蔽中断 嵌套中断
测定是否有未响应的中断信号
中断处理程序
保护被中断进程的 U环境 转入相应的设备处理程序
中断处理
恢复 U 的现场并退出中断
设备驱动程序
是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，又由 于它常以进程的形式存在，故以后就简称为设备 驱动进程
对数据所进行的I/O操作，已从对低速设备演变 为对输入井或输出井中的数据存取。
po n 技术是对脱机输入/输出系统的模拟
输入/输出井
输入/输出缓冲区 输入/输出进程
主要组成
井管理程序
提高了I/O的速度
假脱机系统（ po n ）
缓冲的引入（原因）
解决数据粒度不匹配的问题
即在 U计算的时候，将数据数据输入到缓冲 区(大小取决与T和C的大小)
多个缓冲区 多个指针
即允许 U连续工作（T不断） 组成
单缓冲区 双缓冲区
Ge u 过程 R ea u 过程
使用
同步问题
环形缓冲区（专为生产者和消费者打造）
由空缓冲区链接而成F( m )，L( m )分别指向 该队列首尾缓冲区
瓶颈问题
数组多路通道
含有多个非分配型子通道，前两种通道的组合， 通道利用率较好
原因;通道不足
解决办法：增加设备到主机间的通路，而不增加 通道（结果类似 S触发器）
中断机构和中断处理程序
中断
分类
中断（外部触发）
对外部I/O设备发出的中断信号的响应
陷入（内部原因：除0）
由 U内部事件引起的中断
中断向量表（类比51单片机）
中断程序的入口地址表
中断优先级
对紧急程度不同的中断处理方式
对多中断源的处理方式
屏蔽中断 嵌套中断
测定是否有未响应的中断信号
中断处理程序
保护被中断进程的 U环境 转入相应的设备处理程序
中断处理
恢复 U 的现场并退出中断
设备驱动程序
是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，又由 于它常以进程的形式存在，故以后就简称为设备 驱动进程
对数据所进行的I/O操作，已从对低速设备演变 为对输入井或输出井中的数据存取。
po n 技术是对脱机输入/输出系统的模拟
输入/输出井
输入/输出缓冲区 输入/输出进程
主要组成
井管理程序
提高了I/O的速度
假脱机系统（ po n ）
王道计组第五章中央处理器思维导图脑图
CU发出一个微命令，可完成对应微操作 一个节拍内可以并行完成多个“相容的”微操作 同一个微操作可能在不同指令的不同阶段被使用 不同指令的执行周期所需节拍数各不相同。为了简化设计，选择定长的机器周 期，以可能出现的最大节拍数为准（通常以访存所需节拍数作为参考） 若实际所需节拍数较少，可将微操作安排在机器周期末尾几个节拍上进行
处理取指周期、间址周期、中断周期的微指令序列通常是公用的。执行周期的微 指令序列各不相同
工作原理
取指周期的微指令序列固定从#0 开始存放。执行周期的微指令序列的存放根据指 令操作码确定
程序vs微程序﹔指令vs微指令;主存储器vs控制器存储器(CM);MAR vs CMAR;MDR vsCMDR;PCvs uPC;lR vs ulR
1.后一相关指令暂停一周期 2.资源重复配置：数据存储器+指令存储器
解决办法
1.结构因素（资源冲突）
数据相关指在一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的 情况，则这两条指令即为数据相关
1.把遇到数据相关的指令及其后续指令都暂停一至几个时钟周期，直到数据相关 问题消失后再继续执行。可分为硬件阻塞(stall)和软件插入“NOP”两种方法。
取指周期
将MAR所指主存中的内容经数据总线送入MDR，记做M(MAR)→MDR
将MDR中的内容（此时是指令）送入IR，记做：(MDR)→IR
CU发出控制信号，形成下一条指令地址，记做(PC)+1→PC
垂直型微指令
微指令的格式
优点：微指令短，简单，规整，便于编写微程序
缺点：微程序长，执行速度慢，工作效率低
在垂直型基础上增加一些不太复杂的并行操作 微指令较短，仍便于编写；微程序也不长，执行速度加快
处理取指周期、间址周期、中断周期的微指令序列通常是公用的。执行周期的微 指令序列各不相同
工作原理
取指周期的微指令序列固定从#0 开始存放。执行周期的微指令序列的存放根据指 令操作码确定
程序vs微程序﹔指令vs微指令;主存储器vs控制器存储器(CM);MAR vs CMAR;MDR vsCMDR;PCvs uPC;lR vs ulR
1.后一相关指令暂停一周期 2.资源重复配置：数据存储器+指令存储器
解决办法
1.结构因素（资源冲突）
数据相关指在一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的 情况，则这两条指令即为数据相关
1.把遇到数据相关的指令及其后续指令都暂停一至几个时钟周期，直到数据相关 问题消失后再继续执行。可分为硬件阻塞(stall)和软件插入“NOP”两种方法。
取指周期
将MAR所指主存中的内容经数据总线送入MDR，记做M(MAR)→MDR
将MDR中的内容（此时是指令）送入IR，记做：(MDR)→IR
CU发出控制信号，形成下一条指令地址，记做(PC)+1→PC
垂直型微指令
微指令的格式
优点：微指令短，简单，规整，便于编写微程序
缺点：微程序长，执行速度慢，工作效率低
在垂直型基础上增加一些不太复杂的并行操作 微指令较短，仍便于编写；微程序也不长，执行速度加快
王道计算机网络第一章计算机网络体系结构思维导图脑图
数据通信
联网计算机之间的各种信息的传输
计算机网络的功能
信息传递 分布式管理
同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共 享硬件、软件、数据
多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
提高可靠性
负载均衡
计算机网络的发展
第一阶段 第二阶段
网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世 界上最大的互联网
Ethernet PPP
协议
数据链路层
比特传输
物理层
五层参考模型
数据封装与解封装
规定传输数据的格式
语法
协议【水平】
规定所要完成的功能
语义
三大要素
规定各种操作的顺序
同步
上层使用下层服务的入口
接口（访问服务点SAP）
下层为相邻上层提供的功能调用
服务【垂直】
为什么要分层 分层的基本原则
分层结构、协议、接口、服务
为完成用户所要求的功能而应传送的数据 控制协议操作的信息
对等层次之间传送的数据单位
星型
按拓扑类型
环型
网状型
常用于广域网
...
按传输技术
广播式网络 点对点网络
共享公共通信信道 使用分组存储转发和路由选择机制
速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
带宽
表示网络的通信线路传输数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到 另一点所能通过的“最高数据率”，单位是“比特每秒”
C/S方式 P2P方式 为边缘部分服务 实现数据通信
通信子网
应用层 表示层
功能组成
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6.3.3 乘法运算 6.3.4 除法运算
6.4.2 浮点乘除 法运算
6.4.1 浮点加减 运算
6.4.3 浮点运算 所需的硬件配置
6.5.1 ALU 电路
6.5.2 快速 进位链
第7章 存储器系统及其层次结 构
01
7.1 概 述
02
7.2 半 导体存储 器
04
7.4 辅 助存储器
06
思考题和 习题
成
4.2.2 控制 器的硬件实 现方法
4.3.1 时序系统 4.3.2 控制方式
4.3.3 指令运行 的基本过程
4.3.4 指令的微 操作序列
01
4Байду номын сангаас4.1 微程序控 制的基本 概念
02
4.4.2 微指令编 码法
03
4.4.3 微程序控 制器的组 成和工作 过程
04
4.4.4 微程序入 口地址的 形成
2.1 计算机中的 数制及数的转换
2.2 二进制数的 运算
2.3 计算机中数 和字符的编码
思考题和习题
2.1.1 计算 机中的数制
2.1.2 不同 数制间数的 转换
2.3.2 汉字的编 码
2.3.1 BCD码和 ASCII码
2.3.3 校验码编 码和解码
第3章 总线系统
01
3.1 总 线的概念 和结构形 态
3.3.1 集中 式仲裁
3.3.2 分布 式仲裁
3.4.1 总线 通信控制
3.4.2 总线 的数据传送 模式
3.5.1 PC机 的局部总线
3.5.2 外部 总线
第4章 中央处理器
01
4.1 中 央处理器 的功能和 组成
02
王道操作系统第一章操作系统概述思维导图脑图
与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部
外中断（狭义的中断）
时钟中断
I/O中断请求
中断机制的基本原理
检查中断信号
内中断：CPU在执行指令时会检查是否有异常发生 外中断：每个指令周期末尾CPU都会查是否有外中断信号需要处理
找到相应的中断处理程序
通过“中断向量表”实现
操作系统内核
时钟管理
实时计时功能
中断处理
负责实现中断机制
是—种特殊的程序
层次结构
原语
处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分 这种程序的运行具有原子性——其运行只能一气呵成，不可中断
运行时间较短、调用频繁
进程管理
对系统资源进行管理的功能
存储器管理
设备管理
内核是操作系统最基本，最核心的部分
实现操作系统内核功能的那些部分就是内核程序
操作系统内核需要运行在内核态
两种指令
特权指令
只允许“管理者”，即操作系统内核来使用的指令 Eg：内存清零指令
非特权指令
Eg：加法指令，减法指令
内核态/核心态/管态
处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令
用户态/目态
处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令
两种处理器状态
CPU中有一个寄存器叫程序状态字寄存器（PSW），其中有一个二进制位，1表 示“内核态”，0表示“用户态”
实现操作系统所写的程序
两种程序
内核程序
很多内核程序组成了“操作系统内核”，或简称“内核” 内核是操作系统最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分 操作系统内核作为“管理者”，有时会让CPU执行一些“特权指令”
应用程序
信息技术(3年级上册)8版 单元思维导图
（一）信息技术在生活中的运用
师：教师展示PPT，请同学们想一想：信息技术在生活中的运用有哪些？
师：现在请同学们自学。要求做到安安静静。（解屏）
师：自学完成了吗？
师：那么现在请人回答，展说一说信息技术的运用。
师：请你。
学习内容
及时间
学生活动设计
（含练习设计）
教师引导设计
复备
三、总结
（2分钟）
（二）信息技术的发展
3.能够通过与他人合作的方式学习和使用信息技术，学会使用与学生认识水平相符的多媒体资源进行学习。
4.初步学会使用网络获取信息、与他人沟通；能够有意识地利用网络资源进行学习。
5.知道应负责任地使用信息技术系统及软件，养成良好的计算机使用习惯和责任意识。
6.在条件具备的情况下，初步了解计算机程序设计的一些简单知识。
第13周
演示“金山打字通”英文输入。
第14周
介绍网络知识（PPT）。
第15周
演示上网操作。
第16周
介绍如何上网及安全上网（PPT）。
第17周
介绍安全文明上网知识（PPT）。
第18周
演示“金山打字通”打字输入。
第一单元教材分析
单元名称
信息技术基础知识
总课时
2课时
单元教材解读
本单元包括“信息技术大世界”、“走进计算机乐园”两课，本单元介绍了信息技术在现代社会中的应用以及计算机组成部分，还有正确开机、关机的方法。
2．掌握正确开机、关机的方法，初识桌面。
3.熟悉信息技术课堂要求，培养学生良好的课堂习惯。
教学
重难点
重点：认识计算机的主要组成部分；掌握正确开机、关机的方法。
难点：培养学生良好的课堂习惯。
师：教师展示PPT，请同学们想一想：信息技术在生活中的运用有哪些？
师：现在请同学们自学。要求做到安安静静。（解屏）
师：自学完成了吗？
师：那么现在请人回答，展说一说信息技术的运用。
师：请你。
学习内容
及时间
学生活动设计
（含练习设计）
教师引导设计
复备
三、总结
（2分钟）
（二）信息技术的发展
3.能够通过与他人合作的方式学习和使用信息技术，学会使用与学生认识水平相符的多媒体资源进行学习。
4.初步学会使用网络获取信息、与他人沟通；能够有意识地利用网络资源进行学习。
5.知道应负责任地使用信息技术系统及软件，养成良好的计算机使用习惯和责任意识。
6.在条件具备的情况下，初步了解计算机程序设计的一些简单知识。
第13周
演示“金山打字通”英文输入。
第14周
介绍网络知识（PPT）。
第15周
演示上网操作。
第16周
介绍如何上网及安全上网（PPT）。
第17周
介绍安全文明上网知识（PPT）。
第18周
演示“金山打字通”打字输入。
第一单元教材分析
单元名称
信息技术基础知识
总课时
2课时
单元教材解读
本单元包括“信息技术大世界”、“走进计算机乐园”两课，本单元介绍了信息技术在现代社会中的应用以及计算机组成部分，还有正确开机、关机的方法。
2．掌握正确开机、关机的方法，初识桌面。
3.熟悉信息技术课堂要求，培养学生良好的课堂习惯。
教学
重难点
重点：认识计算机的主要组成部分；掌握正确开机、关机的方法。
难点：培养学生良好的课堂习惯。