计算机体系结构存储系统的认识与理解
数字逻辑与计算机组成原理：第三章 存储器系统(1)
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
读 / 写选通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读/写控制电路
D0
… D7
(2) 重合法（双译码方式）
0 A4
0,00
…
0 A3
阵
A2
译
0码
31,0
…
A1
器 X 31
0 A0
… …
或低表示存储的是1或0。 T5和T6是两个门控管，读写操作时，两管需导通。
六管存储单元
保持
字驱动线处于低电位时，T5、T6 截止， 切断了两根位线与触发器之间的 联系。
六管存储单元
单译码方式
读出时: 字线接通 1)位线1和位线2上加高电平; 2)若存储元原存0，A点为低电
平，B点为高电平，位线2无电 流，读出0。
3)若存储元原存1，A点为高电 平，B点为低电平，位线2有电
流，读出1。
静态 RAM 基本电路的 读 操作（双译码方式）
位线A1
A T1 ~ T4 B
位线2
T5
行地址选择
T6
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
T7
T8
读选择有效
列地址选择 写放大器
写放大器
VA
T6
读放
读放
DOUT
T8 DOUT
DIN
1．主存与CPU的连接
是由总线支持的; 总线包括数据总线、地址总线和控制总线; CPU通过使用MAR（存储器地址寄存器）和MDR（存储
第1章 微型计算机系统概述
【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。
第三章 计算机系统分层结构
PF
CF
奇偶（偶/奇）
进位（是/否）
PE
CY
PO
NC
3．总线
所谓总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路， 它分时接收各部件送来的信息，并发送信息到有关部件。
由于多个部件连接在一组公共总线上，可能会出现多个部件争 用总线，因此需设置总线控制逻辑以解决总线控制权的有关问题。
总线分类:
CPU内部总线用来连接CPU内的各寄存器与ALU ; 系统总线用来连接CPU、主存储器与I/O接口，它通常包括 三组：数据总线、地址总线和控制总线。 按总线传送的方向可将总线分为单向总线和双向总线。
CPU是计算机的核心组成部分
3.1.1
CPU的组成
• 由算术逻辑部件ALU 、控制器、各种寄存器（寄 存器群）和CPU内部总线（连接部件） • 另：Cache
•
1．ALU部件
ALU的功能是实现数据的算术与逻辑运算 两个输入端口，参加运算的两个操作数，通常 来自CPU中的通用寄存器或ALU总线。 控制信号：ADD,SUB,OR,AND等 输出：运算结果
时序控制方式就是指微操作与时序信号之间采取何种关系，
它不仅直接决定时序信号的产生，也影响到控制器及其他部件的组 成，以及指令的执行速度。
1．同步控制方式
同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控制。 同步控制的基本特征是将操作时间分为若干长度相同的时钟 周期（也称为节拍），要求在一个或几个时钟周期内完成各个微 操作。在CPU内部通常是采用同步控制方式 。 同步控制方式的优点是时序关系简单，结构上易于集中，相应 的设计和实现比较方便。
计算机系统结构
系统的层次结构
★★
5层
翻译(编译器)
计算机组成原理黑皮书笔记
计算机组成原理黑皮书笔记计算机组成原理是计算机科学与技术专业的核心课程之一，是理解计算机硬件工作原理和体系结构的基础。
黑皮书系列是该领域最经典、权威的教材之一，对于学习和理解计算机组成原理具有重要的参考价值。
第一章：引言计算机组成原理是研究计算机硬件系统的基本原理和方法，是计算机科学与技术的核心领域。
它是从硬件角度探讨计算机的结构、功能、性能和工作方式等问题，为软件开发提供了重要的指导。
黑皮书笔记旨在帮助读者深入理解计算机组成原理的核心概念和原则，以及其中涉及的各种技术和工程实践。
第二章：数字逻辑电路数字逻辑电路是计算机硬件的基础组成部分，负责完成数据的存储、传输、处理和控制。
其中包括布尔逻辑、数字信号和逻辑门电路等内容。
通过学习这一章节，我们能够了解到计算机中各种数字组件的工作原理和相互连接方式。
第三章：指令系统与汇编语言指令系统与汇编语言是计算机中实现软件和硬件交互的桥梁。
指令系统规定了计算机能够执行的指令集合，而汇编语言是一种底层的程序设计语言，用于编写与硬件直接交互的程序。
本章节将介绍指令系统的设计原则和汇编语言的基本语法。
第四章：中央处理器中央处理器（CPU）是计算机的核心组件，负责执行指令、进行数据处理和控制系统的运行。
在这一章节中，我们将深入了解CPU的组成结构和工作原理，包括指令周期、流水线技术、缓存等重要概念。
第五章：存储器和存储系统存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，包括主存储器和辅助存储器。
本章将介绍存储器的层次结构、存储技术和存储系统的设计原则，帮助读者理解计算机内存的组织和管理方式。
第六章：输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行信息交互的通道，包括输入设备和输出设备。
本章将介绍输入输出系统的工作原理、接口标准和通信方式，帮助读者理解计算机与外设之间的数据传输和控制方式。
第七章：计算机总线计算机总线是各个硬件组件之间进行数据传输和控制的纽带。
本章将介绍总线的类型、结构和工作原理，以及总线的性能和扩展技术。
计算机专业基础知识
计算机专业基础知识计算机专业基础知识是计算机科学与技术专业学习的基础，包括计算机体系结构、数据结构、算法、操作系统、数据库、网络等方面的知识。
掌握这些基础知识对于打好计算机科学与技术的基础是至关重要的。
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机系统的物理结构和逻辑结构，包括计算机硬件体系结构和软件体系结构。
硬件体系结构包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，而软件体系结构包括操作系统、编程语言和编译器等。
了解计算机体系结构可以帮助我们更好地理解计算机是如何工作的。
数据结构与算法数据结构是计算机存储、组织数据的方式，而算法是解决问题的步骤和方法。
掌握数据结构与算法可以提高程序的效率和性能，提高代码的质量。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树、图等，常见的算法包括排序算法、搜索算法、动态规划算法等。
操作系统操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它提供了用户与计算机硬件之间的接口，负责管理和调度计算机的资源。
常见的操作系统包括Windows、Linux、MacOS等。
了解操作系统的原理和机制可以帮助我们更好地利用计算机资源，提高计算机系统的效率和安全性。
数据库数据库是用来存储和管理数据的软件系统，它提供了数据的组织、管理、检索和更新功能。
常见的数据库系统包括MySQL、Oracle、SQL Server等。
掌握数据库的知识可以帮助我们设计和管理数据存储系统，实现数据的有效管理和查询。
网络网络是连接计算机和设备的通信系统，它包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层等不同层次的协议。
了解网络的原理和协议可以帮助我们理解互联网是如何工作的，实现计算机之间的通信和数据传输。
综上所述，计算机专业基础知识对于计算机科学与技术专业学习至关重要。
通过深入学习计算机体系结构、数据结构与算法、操作系统、数据库和网络等方面的知识，可以帮助我们更好地理解和应用计算机技术，提高技术水平和解决实际问题的能力。
计算机系统的基本组成教案
计算机系统的基本组成教案第一章：计算机概述1.1 计算机的定义和发展理解计算机的定义了解计算机的发展历程掌握计算机的分类及应用领域1.2 计算机系统的硬件组成了解计算机硬件的基本组成掌握中央处理器（CPU）的功能和组成掌握存储器的功能和分类1.3 计算机系统的软件组成了解计算机软件的基本概念掌握操作系统的作用和功能了解软件开发的基本过程第二章：中央处理器（CPU）2.1 CPU的结构和功能掌握CPU的结构组成理解CPU的工作原理掌握CPU的主要性能指标2.2 指令和指令集理解指令的概念和分类掌握指令的格式和编码了解指令集的设计和优化2.3 运算器和寄存器掌握运算器的功能和组成掌握寄存器的分类和功能了解寄存器堆和流水线技术第三章：存储系统3.1 存储器概述理解存储器的功能和分类掌握存储器层次结构了解存储器技术的发展趋势3.2 主存储器掌握随机存储器（RAM）的工作原理和特点掌握只读存储器（ROM）的功能和特点了解虚拟存储器和技术3.3 辅助存储器掌握硬盘驱动器（HDD）和固态硬盘（SSD）的工作原理和特点了解其他辅助存储器设备如光盘、U盘等第四章：输入输出系统4.1 输入输出设备掌握常用的输入输出设备及其工作原理了解设备驱动程序的作用和配置掌握设备接口和数据传输方式4.2 输入输出控制方式理解程序控制方式、中断控制方式和直接内存访问（DMA）控制方式掌握输入输出地址映射和数据缓冲技术4.3 外设接口和总线了解外设接口的分类和功能掌握总线的概念和分类了解总线接口和扩展槽的类型第五章：计算机网络基础5.1 计算机网络概述理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发展历程和未来趋势5.2 数据通信基础掌握数据通信的基本概念和模型了解数据传输率和传输介质掌握数据编码和信号调制技术5.3 网络协议和分层模型理解网络协议的概念和分类掌握网络分层模型的原理和结构了解常见的网络协议和标准第六章：操作系统基础6.1 操作系统概述理解操作系统的定义和功能掌握操作系统的主要组件和任务了解操作系统的演变和发展6.2 进程管理掌握进程的概念和状态了解进程调度算法掌握同步和互斥的概念及实现6.3 存储管理了解存储管理的任务和目标掌握内存分配和回收策略了解虚拟内存和分页/分段机制第七章：文件系统7.1 文件和文件系统概述理解文件的概念和作用掌握文件系统的功能和组成了解文件系统的层次结构7.2 文件存储和访问掌握文件的存储结构了解文件的访问控制掌握文件系统的目录结构和路径名7.3 文件系统实现了解文件系统的创建和维护掌握文件系统的性能优化了解磁盘空间管理和文件保护机制第八章：计算机网络的互联与互联网8.1 网络互联设备掌握常见的网络互联设备如交换机、路由器等的工作原理和配置了解网络互联技术的发展趋势掌握网络互联协议和标准8.2 互联网协议（IP）理解IP地址的概念和分类掌握IP协议的工作原理和数据格式了解IPv4和IPv6的发展和应用8.3 传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）理解TCP和UDP的概念和作用掌握TCP的连接建立、数据传输和拥塞控制机制了解UDP的特点和应用场景第九章：网络安全与隐私保护9.1 网络安全基础理解网络安全的目标和威胁掌握加密技术和数字签名了解网络防火墙和入侵检测系统9.2 安全协议和应用了解安全套接层（SSL）和传输层安全性（TLS）掌握安全电子邮件和VPN技术了解无线网络安全和移动设备安全9.3 个人隐私保护理解个人隐私的概念和重要性掌握隐私保护的技术手段和法律措施了解隐私保护的挑战和发展趋势第十章：计算机系统的未来与发展10.1 计算机体系结构的发展掌握众核处理器和异构计算的概念了解量子计算机和神经形态计算的研究进展掌握新型存储技术和内存技术的发展趋势10.2 云计算与大数据理解云计算的基本概念和服务模型掌握大数据的处理技术和应用场景了解云计算和大数据的安全挑战和解决方案10.3 与机器学习理解的基本概念和发展历程掌握机器学习的基本算法和应用领域了解在计算机系统中的应用和未来挑战重点和难点解析1. 计算机硬件组成：理解CPU、存储器和输入输出系统的结构和功能是重点，其中CPU的内部结构、存储器的层次结构以及输入输出控制方式是难点。
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理计算机操作系统的文件系统是一种用于管理和存储计算机文件的机制。
它将文件组织成一个层次结构并提供了对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
了解文件管理和存储的原理对于使用计算机的人来说是非常重要的。
本文将介绍文件系统的基本原理以及其在计算机操作系统中的作用。
一、文件系统的基本原理文件系统可以理解为一种虚拟的存储器，它通过记录文件的存储位置和相关属性来管理文件。
文件系统通常由文件、目录和文件描述符等组成。
1. 文件：文件是指一组有关联的数据的集合，可以是文本文件、图像文件、音频文件等。
文件在计算机中被划分为连续的块，每个块可以存储一部分文件数据。
2. 目录：目录是一种用于组织文件的结构。
它可以包含文件和其他目录。
通过目录，用户可以方便地找到所需的文件。
目录可以看作是一个树状结构，根目录位于最上层，下面是一些子目录和文件。
3. 文件描述符：文件描述符是操作系统为每个文件维护的一种数据结构。
它包含了文件的各种属性信息，比如文件大小、创建时间、修改时间等。
通过文件描述符，操作系统可以对文件进行管理和控制。
二、文件管理的原理文件管理是指对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
计算机操作系统提供了一系列的系统调用来实现文件管理。
1. 创建文件：当用户需要创建一个新文件时，操作系统将为该文件分配一个唯一的文件名和一个文件描述符。
此时，文件系统会分配一部分空闲的存储空间来保存文件的数据。
2. 读取文件：当用户需要读取一个文件时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将文件的数据读取到内存中供用户使用。
3. 写入文件：当用户需要向一个文件写入数据时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将用户提供的数据写入到文件中。
4. 删除文件：当用户不再需要一个文件时，可以通过删除文件的方式来释放文件占用的存储空间。
操作系统会将文件的存储空间标记为可用，并从文件系统中删除该文件的相关信息。
《计算机体系结构》课件
ABCD
理解指令集体系结构、处 理器设计、存储系统、输 入输出系统的基本原理和 设计方法。
培养学生对计算机体系结 构领域的兴趣和热情，为 未来的学习和工作打下坚 实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整 体设计和组织结构，包括其硬件和软 件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内 完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和 流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提 高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以 独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出 寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中 的重要组成部分，负责存储和 检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存 储器组成，包括主存储器、外 存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原 理及其设计方法。
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计算机体系结构存储系统的认识与理解计算机体系结构是计算机科学中的一个重要概念,涉及到计算机硬件和软件之间的关系、计算机的逻辑结构和功能等方面。
存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分,负责存储和管理系统的数据和程序。
本文将介绍计算机体系结构存储系统的认识与理解,并探讨其重要性和实现方法。
一、计算机体系结构存储系统的认识与理解
计算机存储系统是指为计算机提供存储数据和程序的地方,通常包括主存储器、辅助存储器和输入输出设备等组成部分。
其中,主存储器是计算机中最重要的存储系统之一,用于存储计算机程序和数据。
主存储器通常分为三种类型:随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和闪存。
RAM是随机访问的存储器,可以在任何时候进行读写操作,但是其容量有限。
ROM是一种只读存储器,只能读取其编程内容,因此其容量非常大,但不可修改。
闪存是一种非易失性存储器,具有快速读写速度和大容量等优点,但是较为昂贵。
辅助存储器包括外置存储器和内置存储器。
外置存储器通常包括硬盘、软盘、USB存储器等,用于存储临时数据和文件。
内置存储器则包括内存、EEPROM、FRAM等,用于存储系统配置文件、程序代码等。
输入输出设备用于将数据和程序传输到计算机外部,例如显示器、键盘、鼠标等。
计算机存储系统的重要性不言而喻。
存储系统的配置和优化对计算机的性能、可靠性和安全性都有着重要的影响。
合理的存储系统可以提高计算机的运行效率,减少存储空间的占用,提高数据传输速度,降低系统出错率。
二、计算机体系结构存储系统的实现方法
计算机体系结构存储系统的实现方法可以分为以下几种:
1. 基于硬件的存储系统:这种存储系统直接将存储芯片嵌入到计算机系统中,通过硬件连接实现数据的存储和读取。
2. 基于软件的存储系统:这种存储系统使用操作系统提供的软件存储功能,通过操作系统的存储管理功能实现数据的存储和读取。
3. 基于网络的存储系统:这种存储系统通过网络进行数据存储和传输,可以通过分布式存储技术实现数据的大容量存储和高效性访问。
4. 基于云计算的存储系统:这种存储系统使用云计算平台提供的存储服务,通过云计算平台的数据存储和管理能力实现数据的高效存储和访问。
5. 基于可编程存储芯片的存储系统:这种存储系统使用可编程存储芯片,可以根据应用程序的需求进行数据的存储和读取配置,从而实现更高级的存储性能和灵活性。
三、结论
计算机体系结构存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分,其重要性不言而喻。
不同的存储系统有不同的实现方法,可以根据实际应用的需求进行选择。
未来,随着存储技术的不断发展和创新,计算机存储系统将向着更高效、更灵活、更安全的方向发展。