计算机系统的组成
计算机系统的组成
1.2.1 计算机系统概述
现在，计算机已发展成为一个庞大的家族，其中的每个成员，即使在规模、性能、结构和应用等方面存有着很大的差别，但是它们的基本结构是相同的。计算机系统包括硬件系统和软件系统两绝大部分。硬件系统由中央处理器、内存储器、外存储器和输入/输出设备组成。
软件系统分为两大类，即计算机系统软件和应用软件。
计算机通过执行程序而运行，计算机工作时，软、硬件协同工作，两者缺一不可。计算机系统的组成框架如图1-1所示。
1．硬件系统概述
硬件系统是构成计算机的物理装置，是指在计算机中看得见、摸得着的有形实体。在计算机的发展史上做出杰出贡献的著名应用数学家冯?诺依曼（Von Neumann）与其他专家于1945年为改进ENIAC，提出了一个全新的存储程序的通用电子计算机方案。这个方案规定了新机器由5个部分组成：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出。并描述了这5个部分的职能和相互关系。这个方案与ENIAC相比，有两个重大改进：一是采用二进制；二是提出了“存储程序”的设计思想，即用记忆数据的同一装置存储执行运算的命令，使程序的执行可自动地从一条指令进入到下一条指令。这个概念被誉为计算机史上的一个里程碑。计算机的存储程序和程序控制原理被称为冯?诺依曼原理，按照上述原理设计制造的计算机称为冯?诺依曼机。
图1-1 计算机的组成框架
概括起来，冯?诺依曼结构有3条重要的设计思想：
（1）计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5绝大部分组成，每个部分有一定的功能。
（2）以二进制的形式表示数据和指令。二进制是计算机的基本语言。（3）程序预先存入存储器中，使计算机在工作中能自动地从存储器
中取出程序指令并加以执行。
硬件是计算机运行的物质基础，计算机的性能如运算速度、存储容量、计算和可靠性等，很大水准上取决于硬件的配置。
仅有硬件而没有任何软件支持的计算机称为裸机。在裸机上只能运行机器语言程序，使用很不方便，效率也低。所以早期只有少数专业人
员才能使用计算机。
2．计算机的基本工作原理
1）计算机的指令系统
指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成
的某一种操作。
一条指令通常由如下两个部分组成：
（1）操作码：它是指明该指令要完成的操作，如存数、取数等。操作码的位数决定了一个机器指令的条数。当使用定长度操作码格式时，若操作码位数为n，则指令条数可有2n条。
（2）操作数：它指操作对象的内容或者所在的单元格地址。操作数在绝大部分情况下是地址码，地址码有0～3位。从地址代码得到的仅是数据所在的地址，能够是源操作数的存放地址，也能够是操作结
果的存放地址。
2）计算机的工作原理
计算机的工作过程实际上是快速地执行指令的过程。当计算机在工作时，有两种信息在流动，一种是数据流，另一种是控制流。
数据流是指原始数据、中间结果、结果数据、源程序等。控制流是由控制器对指令实行分析、解释后向各部件发出的控制命令，用于指挥
各部件协调地工作。
下面，以指令的执行过程来理解计算机的基本工作原理。计算机的指
令执行过程分为如下几个步骤：
（1）取指令。从内存储器中取出指令送到指令寄存器。
（2）分析指令。对指令寄存器中存放的指令实行分析，由译码器对操作码实行译码，将指令的操作码转换成相对应的控制电信号，并由
地址码确定操作数的地址。
（3）执行指令。它是由操作控制线路发出的完成该操作所需要的一系列控制信息，以完成该指令所需要的操作。
（4）为执行下一条指令作准备。形成下一条指令的地址，指令计数器指向存放下一条指令的地址，最后控制单元将执行结果写入内存。上述完成一条指令的执行过程叫做一个“机器周期”。指令的执行过
程如图1-2 所示。
计算机在运行时，CPU从内存读取一条指令到CPU内执行，指令执行完，再从内存读取下一条指令到CPU执行。CPU持续地取指令，分析指令，执行指令，再取下一条指令，这就是程序的执行过程。
总来说之，计算机的工作就是执行程序，即自动连续地执行一系列指令，而程序开发人员的工作就是编制程序，使计算机持续地工作。
图1-2 指令的执行过程
3．软件系统概述
软件系统是指使用计算机所运行的全部程序的总称。软件是计算机的灵魂，是发挥计算机功能的关键。有了软件，人们能够不必过多地去了解机器本身的结构与原理，能够方便灵活地使用计算机，从而使计
算机有效地为人类工作、服务。
随着计算机应用的持续发展，计算机软件在持续积累和完善的过程中，形成了极为宝贵的软件资源。它在用户和计算机之间架起了桥梁，给
用户的操作带来极大的方便。
在计算机的应用过程中，软件开发是个艰苦的脑力劳动过程，软件生产的自动化水平还很低。所以，很多国家投入大量人力从事软件开发工作。正是有了内容丰富、种类繁多的软件，使用户面对的不但是一部实实在在的计算机，而且还包含很多软件的抽象的逻辑计算机（称之为虚拟机），这样，人们能够采用更加灵活、方便、有效的手段使用计算机。从这个意义上说，软件是用户与计算机的接口。
在计算机系统中，硬件和软件之间并没有一条明确的分界线。一般来
说，任何一个由软件完成的操作也能够直接由硬件来实现，而任何一个由硬件执行的指令也能够用软件来完成。硬件和软件有一定的等价性，例如，如图像的解压，以前低档微机是用硬件解压，现在高档微
机则用软件来实现。
软件和硬件之间的界线是经常变化的。要从价格、速度、可靠性等多种因素综合考虑，来确定哪些功能用硬件实现合适，哪些功能由软件
实现合适。
1.2.2 硬件系统的组成
计算机的硬件由主机和外设组成，主机由CPU、内存储器、主板（总线系统）构成，外部设备由输入设备（如键盘、鼠标等）、外存储器（如光盘、硬盘、U盘等）、输出设备（如显示器、打印机等）组成。
计算机硬件结构如图1-3所示。
图1-3 计算机硬件的组成
微机与传统的计算机没有本质的区别，它也是由运算机、控制器、存储器、输入和输出设备等部件组成。不同之处是微机把运算器和控制器集成在一片芯片上，称之为CPU。下面以微机为例说明计算机各部
分的作用。
1．CPU
CPU是计算机的核心部件，它完成计算机的运算和控制功能。运算器又称算术逻辑部件（Arithmetical Logic Unit，ALU），主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。控制器
（Control Unit，CU）是整个计算机的指挥中心，根据事先给定的命令，发出各种控制信号，指挥计算机各部分工作。它的工作过程是负责从内存储器中取出指令并对指令实行分析与判断，并根据指令发出控制信号，使计算机的相关设备有条不紊地协调工作，在程序的作用下，保证计算机能自动、连续地工作。CPU外形如图1-4所示。
2．存储器
存储器（Memory）是计算机存储信息的“仓库”。所谓“信息”是指计算机系统所要处理的数据和程序。程序是一组指令的集合。存储器是有记忆水平的部件，用来存储程序和数据，存储器可分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器简称内存，也叫随机存储器（RAM），这种存储器允许按任意指定地址的存储单元实行随机地读出或写入数据。因为数据是通过电信号写入存储器的，所以在计算机断电后，RAM中的信息就会随之丢失。内存条外形如图1-5所示，它的特点是存取速度快，可与CPU处理速度相匹配，但价格较贵，能存储的信息量较少。外存储器（简称外存）又称辅助存储器，主要用于保存暂时不用但又需长期保留的程序或数据。如软盘、硬盘、光盘等都叫外存储器。存放在外存中的程序必须调入内存才能运行，外存的存取速度相对来说较慢，但外存价格比较便宜，可保存的信息量大。常用的外
存有磁盘、磁带、光盘等。
图1-4 CPU外形
图
图1-5 内存条外形图
CPU和内存储器构成计算机主机。外存储器通过专门的输入/输出接口与主机相连。外存与其他的输入输出设备统称外部设备。如硬盘驱动器、软盘驱动器、打印机、键盘都属外部设备。
现代计算机中内存普遍采取半导体器件，按其工作方式不同，可分为动态随机存取器（DRAM）、静态随机存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）。对存储器存入信息的操作称为写入（Write），从存储器取出信息的操作称为读出（Read）。执行读出操作后，原来存放的信息并不改变，只有执行了写入操作，写入的信息才会取代原先存入的内容。所以RAM中存放的信息可随机地读出或写入，通常用来存入用户输入的程序和数据等。计算机断电后，RAM中的内容随之丢失。DRAM和SRAM 两者都叫随机存储器，断电后信息会丢失，不同的是，DRAM存储的信息要持续刷新，而SRAM存储的信息不需要刷新。ROM中的信息只可读出而不能写入，通常用来存放一些固定不变的程序。计算机断电后，ROM中的内容保持不变，当计算机重新接通电源后，ROM中的内
容仍可被读出。
为了便于对存储器内存放的信息实行管理，整个内存被划分成很多存储单元，每个存储单元都有一个编号，此编号称为地址（Address）。通常计算机按字节编址。地址与存储单元为一对一的关系，是存储单元的惟一标志。存储单元的地址、存储单元和存储单元的内容是3个不同的概念。地址相当于旅馆的房间编号，存储单元相当于旅馆的房间，存储单元的内容相当于房间中的旅客。在存储器中，CPU对存储
器的读写操作都是通过地址来实行的。
外存储器当前使用得最多的是磁表面存储器和光存储器两大类。磁表面存储器是将磁性材料沉积在盘片基体上形成记录介质，并在磁头与记录介质的相对运动中存取信息。现代计算机系统中使用的磁表面仪器有磁盘和磁带两种。硬盘结构如图1-6所示。
用于计算机系统的光存储器主要是光盘（Optical Disk），现在通常称为CD（Compact Disk）。光盘用光学方式读写信息，存储的信息量比磁盘存储器存储的信息量大得多，所以受到广大用户的青睐。所有外存的存储介质（盘片或磁带）都必须通过机电装置才能存取信息，这些机电装置称之为“驱动器”，如常用的软盘驱动器、硬盘驱动器和光盘驱动器等。当前外存储器的容量持续增大，从MB级到GB级，
还有海量存储器等。
图1-6 硬盘内部结构图
3．输入设备
输入设备是将外界的各种信息（如程序、数据、命令等）送入到计算机内部的设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、条形码读入
器等。
4．输出设备
输出设备是将计算机处理后的信息以人们能够识别的形式（如文字、图形、数值、声音等）实行显示和输出的设备。常用的输出设备有显
示器、打印机、绘图仪等。
因为输入/输出设备大多是机电装置，有机械传动或物理移位等动作过程，相对来说，输入/输出设备是计算机系统中运转速度最慢的部
件。
1.2.3 软件系统的组成
计算机软件由程序和相关的文档组成。程序由一系列的指令按一定的结构组成。文档是软件开发过程中建立的技术资料。程序是软件的主体，一般保存有存储介质中，如软盘、硬盘或光盘中，以便在计算机上使用。现在人们使用的计算机都配备了各式各样的软件，软件的功能越强，使用起来越方便。软件可分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件，软件系统组成如图1-7所示。
1．系统软件
系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件，是用来扩大计算机的功能，提升计算机的工作效率，方便用户使用计算机的软件。系统软件是计算机正常运转所不可缺少的，是硬件与软件的接口。一般情况下系统软件分为4类：操作系统、语言处理系统、数据库管理系统
和服务程序。
图1-7 软件系统的组成
1）操作系统
系统软件的核心是操作系统。操作系统是由指挥与管理计算机系统运行的程序模板和数据结构组成的一种大型软件系统，其功能是管理计算机的硬件资源和软件资源，为用户提供高效、周到的服务。操作系
统与硬件关系密切，是加在“裸机”上的第一层软件，其他绝绝大部分软件都是在操作系统的控制下运行的，人们也是在操作系统的支持下使用计算机的。操作系统是硬件与软件的接口。
常用的操作系统有UNIX/Xenix、MS-DOS、Windows XP、Linux和OS/2。
下面简单介绍这些操作系统的发展过程和功能特点。
（1）DOS操作系统
DOS最初是为IBM PC开发的操作系统，所以它对硬件平台的要求很低。即使对于DOS 6.22这样的高版本，在640KB内存、60MB硬盘、80286微处理器的环境下，也能正常运行。DOS操作系统是单用户、单任务、字符界面和16位的操作系统。所以，它对于内存的管理仅局限于640KB的范围内。DOS有3种不同的品牌，它们是Microsoft 公司的MS-DOS、IBM公司的PC-DOS和Novell公司的DR-DOS。这3种DOS都是兼容的，但也有一些区别。
（2）Windows操作系统
Windows是Microsoft公司在1985年11月发布的第一代窗口式多任务系统，它使PC机开始进入了所谓的图形用户界面时代。在1995年，Microsoft公司推出了Windows 95操作系统；在1998年，Microsoft 公司又推出了Windows 95的改进版Windows 98。Windows 98的一个最大特点就是把Microsoft公司的Internet浏览器技术集成到了Windows 98里面，使得访问Internet资源就像访问本地硬盘一样方便，从而更好地满足了人们越来越多的访问Internet资源的需求。Windows 95、Windows 98操作系统是一种单用户、多任务、32位的
操作系统。
在2000年到来之际，Microsoft公司又推出了Windows 2000版本。它不但吸取了Windows 98和Windows NT的很多精华之处，而且是Windows 98和Windows NT的更新换代产品。此后，Windows将不会再有单用户和网络版之分，使用户能够在相同操作系统中，使用相同的、友好的操作系统界面处理不同的事务。Windows 2000是一个多
用户、多任务操作系统。
现在，Microsoft公司又推出了Windows XP。Windows XP采用了Windows 2000的源代码作为基础，使其有可靠的稳定性，继续保持其安全性、可靠性的优点。对于网络时代，Windows XP更受人欢迎。
（3）UNIX系统
UNIX系统是1969年问世的，最初是在中小型计算机上使用。最早移植到80286微机上的UNIX系统，称为Xenix。现在Xenix已发展成十分成熟的系统，最新版本的Xenix是SCO UNIX和SCO CDT。UNIX 系统的特点是短小精干、系统开销小、运行速度快。当前主要的版本是UNIX 3.2 V4.2以及ODT 3.0。UNIX系统是一个受人青睐的系统。UNIX系统是一个多用户系统，一般要求配有8MB以上的内存和较大容量的硬盘，对于高档微机也适用。
（4）OS/2系统
OS/2系统正是PS/2系列机开发的一个新型多任务操作系统。OS/2克服了640KB主存的限制，具有多任务功能。1987年IBM公司在激烈的市场竞争中推出了PS/2（Personal System/2）个人计算机。PS/2
系列计算机大幅度突破了现行PC机的体系，采用了与其他总线互不兼容的微通道总线MCA，并且IBM自行设计了该系统的绝大部分零部
件，以防止其他公司的仿制。
OS/2的特点是采用图形界面，它本身是一个32位系统，不但能够处理32位OS/2系统的应用软件，也能够运行16位DOS和 Windows软件。OS/2系统通常要求在4MB内存和100MB硬盘或更高的硬件环境下运行。如果硬件更高档，则系统运行就更加稳定。
2）语言处理系统
随着计算机技术的发展，计算机经历了由低级向高级发展的历程，不同风格的计算机语言持续出现，逐步形成了计算机语言体系。用计算机解决问题时，人们必须首先将解决该问题的方法和步骤按一定序列和规则用计算机语言描述出来，形成计算机程序，然后输入计算机，计算机就可按人们事先设定的步骤自动地执行。
语言处理系统包括机器语言、汇编语言和高级语言。这些语言处理程序除个别常驻在ROM中可独立运行外，都必须在操作系统支持下运行。
（1）机器语言
计算机中的数据都是用二进制表示的，机器指令也是用一串由“0”和“1”不同组合的二进制代码表示的。机器语言是直接用机器指令
作为语句与计算机交换信息的语言。
不同的机器，指令的编码不同，含有的指令条数也不同。所以，机器指令是面向机器的。指令的格式和含义是设计者规定的，一旦规定好之后，硬件逻辑电路就严格根据这些规定设计和制造，所以制造出的
机器也只能识别这种二进制信息。
用机器语言编写的程序，计算机能识别，可直接运行，但程序容易出
错。
（2）汇编语言
汇编语言是由一组与机器语言指令一一对应的符号指令和简单语法组成的。汇编语言是一种符号语言，它将难以记忆和辨认的二进制指令码用有意义的英文单词（或缩写）作为辅助记符，使之比机器语言编程前进了一大步。例如“ADD A，B”表示将A与B相加后存入B中，它能与机器语言指令01001001直接对应。但汇编语言与机器语言的一一对应，仍需紧密依赖硬件，程序的可移植性差。
用汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序。经汇编程序翻译后得到的机器语言程序称为目标程序。因为计算机只能识别二进制编码的机器语言，所以无法直接执行用汇编语言缩写的程序。汇编语言程序要由一种“翻译”程序来将它翻译为机器语言程序，这种翻译程序称为编译程序。汇编程序是系统软件的一部分。
（3）高级语言
高级语言比较接近日常用语，对机器依赖性低，是适用于各种机器的计算机语言。用机器语言或汇编语言编程，因与计算机硬件直接相关，编程困难且通用性差。所以人们需创造出与具体的计算机指令无关，其表达方式更接近于被描述的问题、更易被人们掌握和书写的语言，
这就是高级语言。
用高级语言编写的程序称为高级语言源程序，经语言处理程序翻译后
得到的机器语言程序称为目标程序。高级语言程序必须翻译成机器语言程序才能执行，计算机无法直接执行用高级语言编写的程序。高级语言程序的翻译方式有两种：一种是编译方式，另一种是解释方式。
相对应的语言处理系统分别称为编译程序和解释程序。
在解释方式下，不生成目标程序，而是对源程序按语句执行的动态顺序实行逐句分析，边翻译边执行，直至程序结束。在编译方式下，源程序的执行分成两个阶段：编译阶段和运行阶段。通常，经过编译后生成的目标代码尚不能直接在操作系统下运行，还需经过连接阶段为程序分配内存后才能生成真正可运行的执行程序。
高级语言不再面向机器而是面向解决问题的过程以及面向现实世界
的对象。绝大部分高级语言采用编译方式处理，因为编译方式执行速度快，而且一旦编译完成后，目标程序能够脱离编译程序独立存有反复使用。面向过程的高级语言种类很多，比较流行的高级语言有Basic、Pascal和C语言等。某些适合于初学者的程序，如Basic语言及很
多数据库语言则采用解释方式。
1980年左右开始提出的“面向对象（Object-Oriented）”概念是相对于“面向过程”的一次革命。专家们预测，面向对象的程序设计思想将成为今后程序设计语言发展的主流。如C++、Java、Visual Basic、Visual C等都是面向对象的程序设计语言。“面向对象”不但作为一种语言，而且作为一种方法贯穿于软件设计的各个阶段。
3）数据库管理系统
数据库是将具有相互关联的数据以一定的组织方式存储起来，形成相
关系列数据的集合。数据库管理系统就是在具体计算机上实现数据库技术的系统软件。随着计算机在信息管理领域中日益广泛深入的应用，产生和发展了数据库技术，随之出现了各种数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）。
DBMS是计算机实现数据库技术的系统软件，它是用户和数据库之间
的接口，是协助用户建立、管理、维护和使用数据库实行数据管理的
一个软件系统。
当前已有很多商品化的数据库管理系统软件，例如DBase、Visual FoxPro等都是在不同的系统中获得广泛应用的数据库管理系统。
4）服务程序
现代计算机系统提供多种服务程序，它们是面向用户的软件，可供用户共享，方便用户使用计算机和管理人员维护管理计算机。
常用的服务程序有编辑程序、连接装配程序、测试程序、诊断程序、
调试程序等。
（1）编辑程序（Editor）：该程序能使用户通过简单的操作就能够建立、修改程序或其他文件，并提供方便的编辑环境。
（2）连接装配程序（Linker）：用该程序能够把几个分别编译的目标程序连接成一个目标程序，并且要与系统提供的库程序相连接，才
得到一个可执行程序。
（3）测试程序（Checking Program）：该程序能检查出程序中的某
些错误，方便用户对错误的排除。
（4）诊断程序（Diagnostic Program）：该程序能方便用户对计算
机维护，检测计算机硬件故障并对故障定位。
（5）调试程序（Debug）：该程序能协助用户在程序执行的状态下检查源程序的错误，并提供在程序中设置断点、单步跟踪等手段。
2．应用软件
应用软件是为了解决计算机各类问题而编写的程序。它分为应用软件包与用户程序。它是在硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件。随着计算机应用的日益广泛深入，各种应用软件的数量持续增加，质量日趋完善，使用更加方便灵活，通用性越来越强。有些软件已逐步标准化、模块化，形成了解决某类典型问题的较通用的软件，这些软件称为应用软件包（Package）。它们通常是由专业软件人员精心设计的，为广大用户提供方便、易学、易用的应用程序，协助用户完成各种各样的工作。当前常用的软件包有字处理软件、表处理软件、会计电算化软件、绘图软件、运筹学软件包等。
（1）用户程序
用户程序是用户为了解决特定的具体问题而开发的软件。充分利用计算机系统的种种现成的软件，在系统软件和应用软件包的支持下能够更加方便、有效地研制用户专用程序。如各种票务管理系统、事管理系统和财务管理系统等。这都属于用户程序。
（2）应用软件包
应用软件包是为实现某种特殊功能，而精心设计、开发的结构严密的独立系统，是一套满足同类应用的很多用户所需要的软件。如Microsoft公司生产的Office 2003应用软件包，包含Word 2003（字
处理）、Excel 2003（电子表格）、PowerPoint 2003（幻灯片）等，是实现办公自动化的很好的应用软件包。
系统软件和应用软件之间并不存有明显的界限。随着计算机技术的发展，各种各样的应用软件中有了很多共同的东西，把这些共同的部分抽取出来，形成一个通用软件，它就逐渐成为系统软件了。
计算机系统结构有详细答案
(仅供参考，不作为考试标准)， 选择题分，每题分)2(30计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 D)高级语言程序员C)机器语言或汇编语言程序员 。意________，应当注提系在计算机统设计时，为了高系统性能度的令执行速快A)加经常性使用指大的指令特B)要别精心设计少量功能强数的占减少在数量上很小比例的指令条C)要度D)要加快少量指令的速 。的问题统中因________而导致系主重叠寄存器技术要用于解决在RISC 流水线影A)JMP指令响保护令B)CALL指的现场问存储器不便来只C)有LOAD和STORE指令带的访度速器访问D)存储 ________ 效率高计为使流水算机运行要A)各过程段时间不同B)连续处理的任务类型应该不同 D)连续处理的任务数尽可能少C)连续处理的任务类型应该相同 栈型替是的________。换算法堆不属于B)近期最少A)近期最使用法久未用法 D)页面失效频率法出进C)先先法 象联组，相映的优点。是________象联全与相映相比B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率小录A)目表高 是方好关相指除中叠次一重消令最的法________。B)设相关专用令指改准A)不修通路 令指条下析分后推C) 令指条下行执后推D) 流的用采，时关据数到，中作水操遇相________。有法办解决器译编化优A)用办的排新重令指过通，测检序法据数B)向定重技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 D)上述多级混洗交换网络任何网络C) 序传送的________。是以虫蚀寻径流水方式在各寻径器是顺B)包A)消息C)片节D)字 ________ 处理机超标量作指条令部件个B) 只有一操期A)在一个时钟周内分时发射多多钟C)在一个时周期内同时发射条指令件有只一个取指部D)
计算机系统的组成教案
《计算机软硬件系统》教案 辛丰中学朱瑞金 一、教学目标 1、知识与技能 (1)了解计算机硬件和软件的概念及其关系; (2)了解计算机硬件的各个组成部份及其作用; (3)知道存储器的分类、内存RAM与ROM的区别及其作用。 (4)了解软件的分类,知道常见的软件的类别。 2、过程与方法 (1)通过让学生观察计算机的结构和主要部件,了解计算机结构及各部分的作用; (2)通过学习活动让学生体验计算机软件的分类及其作用,并归纳计算机系统的组成结构图。 3、情感态度与价值观 在学习过程中,激发学生学习计算机基础知识的兴趣和积极探究的精神。二、教学重点与难点 教学重点：计算机系统的组成及结构,各主要部件的作用。 教学难点：计算机系统的组成及结构。 三、教具学具：多媒体课件、教科书 四、教学方法：创设情境法，师生问答法、讲授法 学习方法：自主学习和协作学习 五、教学过程 (一) 创设情境、导入新课 上课前先给学生提出一些关于计算机的用途的问题，例如：同学们通常使用计算机做什么呢？ 然后问学生：“同学们知道这样高性能的机器是由什么组成的吗 一个计算机系统究竟由哪几部分组成？各自有何作用？相互之间有何关系？”这就是我们本节课要研究的内容：计算机系统的组成。” （二）讲授新课 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。 1、计算机硬件系统 计算机硬件是人们看得见、摸得着的实体，它是由一组设备组装而成的，将这些设备作为一个统一体而协调运行，故称之为硬件系统。 计算机硬件主要包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输入设备五个部分。 （1）运算器和控制器 运算器是计算机对数据进行加工处理的部件；控制器是计算机的 指挥中心，用来控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条 不紊地进行；运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU；CPU 是计算机的核心部件，相当于人的大脑。 （2）存储器
计算机组成与系统结构第二章习题及答案
、填空题（20 每空 2 分） 1. 计数制中使用的数据个数被称为________ 。（基） 2. 移码常用来表示浮点数的_ 部分，移码和补码比较，它们除_外, 其他各位都相同。（阶码，符号位） 3. 码值80H: 若表示真值0, 则为_; 若表示-128 ，则为_ ； 若表示-127 ，则为____ ; 若表示-0, 则为 ____ 。（移码补码反 码原码） 4. 在浮点运算过程中，如果运算结果的尾数部分不是_ 形式，则需要进行规格化处理。设尾数采用补码表示形式，当运算结果—时, 需要进行右规操作；当运算结果________________________________ 时，需要进行左规操作。 （规格化溢出不是规格化数） 二、选择题（20 每题 2 分） 1. 以下给出的浮点数，_______ 规格化浮点数。（B ） A. 2 八-10 X 0.010101 B . 2 八-11 X 0.101010 C. 2 八-100 X 1.010100 D . 2 八-1 X 0.0010101 2. 常规乘除法器乘、除运算过程采用部分积、余数左移的做法，其好处是 。（ C ）
A. 提高运算速度 B. 提高运算精度 C.节省加法器的位数 D. 便于控制 3. 逻辑异运算10010011 和01011101 的结果是_____ 。（B） A.01001110 B.11001110 C.11011101 D.10001110 4. _________浮点数尾数基值rm=8, 尾数数值部分长 6 位，可表示的规 格化最小正尾数为。（Q 1. A.0.5 B.0.25 C.0.125 D.1/64 5?当浮点数尾数的基值rm=16, 除尾符之外的尾数机器位数为8 位时, 可表示的规格化最大尾数值是_____________ 。（D） A.1/2 B.15/16 C.1/256 D.255/256 6. 两个补码数相加，采用1 位符号位，当_时表示结果溢出。（D） A、符号位有进位 B、符号位进位和最高数位进位异或结果为0 C符号位为1D、符号位进位和最高数位进位异或结果为1 7. 运算器的主要功能时进行_ 。（0 A、逻辑运算 B、算术运算 C、逻辑运算和算术运算 D、只作加法 8. 运算器虽有许多部件组成，但核心部件是_______ 。（B） A、数据总线 B、算术逻辑运算单元 C、多路开关 D、累加寄存器9?在定
一个完整的计算机系统是由()和()两部分组成的
一、填空题 1、一个完整的计算机系统是由（）和（）两部分组成的。 2、冯·诺依曼结构计算机主要有（）、（）、（）、（）和（）等五部分组成。 3、系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。根据传送内容的不同，可分为（）、（）和（）。 4、（）是构成计算机系统的物质基础，而（）是计算机系统的灵魂，二者相辅相成，缺一不可。 5、CPU的接口形式只有两类：（）或（）。 6、在计算机系统中，CPU起着主要作用，而在主板系统中，起重要作用的则是主板上的（），大部分主板则采用（）的控制芯片组。 7、从功能上看，BIOS分为三个部分：（）、（）、（）。 8、计算机电源一般分为：（）和（）。 9、选购主板时应考虑的主要性能是：（）、（）、（）、（）、（）。 10、（），成功地把算术运算器和逻辑控制器集成在一起，发明了世界上第一片微处理器。 11、（）是决定一台计算机性能的核心部件，其由（）和（）组成。 12、（），首次用于IBM PC中，开创了全新的计算机时代。 13、（），Intel公司推出了（），它是80x86系列中的第一个32位微处理器芯片。 14、CPU的主要性能指标是：（）、（）、（）、（）、（）、（）。 15、未来处理器展望的两个方向是：（）、（）。 16、按内存的工作原理，可将内存分为：（）和（）。 17、内存的主要性能指标是：（）、（）、（）、（）等。 18、软盘的技术指标有：（）、（）、（）、（）、（）。 19、在使用DOS的格式化命令对软盘进行格式化时除了对磁盘划分磁道和扇区外，还同时将软盘划分为4个区域，它们分别是：（）、（）、（）和（）。 20、硬盘作为计算机主要的外部存储设备，随着设计技术的不断更新和广泛应用，不断朝着（）、（）、（）、（）、（）的方向发展。 21、硬盘驱动器的主要参数是：（）、（）、（）、（）、（）。 22、现在的主板支持3种硬盘工作模式：（）、（）和（）。 23、SCSI接口的主要特点是：（）、（）、（）、（）。 24、根据光盘存储技术的不同，光盘驱动器可分为5种，即：（）、（）、（）、（）、（）。 25、光驱的接口主要有3种：（）、（）、（）。 26、选购光驱时，要考虑的三个最重要的参数是：（）、（）、（）。 27、键盘按开关接触方式的不同可分为：（）和（）。 28、按鼠标的接口类型分类，有（）、（）和（）。 29、扫描仪主要由（）、（）、（）三部分组成。 30、扫描仪的主要技术参数有：（）、（）、（）和（）。 31、条码阅读器是读取条码包含信息所必需的设备，条码阅读器的结构通常有以下几个部分：（）、（）、（）、（）和（）。 32、条码阅读器选择的三个主要依据是：（）、（）和（）。 33、数码相机的种类大致为三类：（）、（）和（）。 34、数码相机的取景方式主要有三种：（）、（）和（）。 35、显示器的主要技术参数有：（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）和（）等。 36、VESA组织于1997年规定（）为无闪烁的垂直刷新频率。 37、按照工作原理可将打印机分为：（）、（）和（）。 38、打印机的主要技术参数是：（）、（）、（）。
计算机系统组成教学设计
《计算机系统组成》教学设计 一、教学对象分析 本校初一级学生，基础比较薄弱，针对其好奇好动的特点。在教学过程当中，多设计一些教学过程让学生动手参与，提高学生的兴趣，增加感性认识。在讲解过程中注意多联系生活及身边的事物，有利于学生更好地掌握和理解教学内容。 学习本课之前，许多学生对计算机的操作有一定了解，但学生对于计算机系统的构成，各部件的功能，工作原理还没有形成具体概念。因此必要进一步学习《计算机系统的组成》 二、教学内容分析 本章内容是信息技术的基础知识。涉及到计算机的系统构成的术语和概念比较多，应用范围广泛，在教学中多运用实物介绍比较和基础练习，引导学生观察，分析，比较，归纳，从而达到教学目标。 教学重点：计算机是由特定功能的各种设备组合在一起的一个整体。 教学难点：计算机硬件和软件的概念。 三、教学目标 基本目标 （1）了解计算机组成各部分的名称和作用 （2）知道什么是计算机软件，了解计算机软件的作用。 （3）了解计算机处理信息的过程。 四、教学方法 ⒈本课的教学内容涉及较多名称术语，在教学中可以通过演示教学辅助软件，展示计算机硬件实物，讲解投影等多种形式增加学生对教学内容的感性认识。 ⒉学生通过填写、拼图比较，思考回答，讨论表述，理解巩固相关知识。 五、教学过程设计 新课导入： 同学们，计算机这个词对于我们来说已经不再陌生了，它已经渗透到我们生活中的每个环节中去了。那么你们知道哪些有关计算机的名词呢？(根据学生的回答，教师作出相应的小结)。同学们，你们所说的这些名词有的是计算机的硬件，有的是计算机的软件，还有一些则是计算机的应用，今天我们就要学习计算机系统的组成，计算机有许多部件，如显示器、主机、键盘等，这些部件在处理信息的过程中各起什么作用呢？一个完整的计算机系统又是由哪些部分组成？这就是今天我们要学习的内容。 （一）计算机的硬件系统（屏幕广播） ⒈硬件：指计算机实际设备的总称 ⒉硬件部分按其功能划分为：控制器、运算器、存储器（内外）、输入设备、输出设备。 ⒊展示一台打开的计算机，用实物介绍硬件的组成与作用。 ⒋硬件系统的组成结构图和功能作用。 ⒌网络传送“硬件分类填空练习课件”，让学生独自或者讨论完成练习。选一到两个学生上讲
计算机系统的组成
计算机系统的组成部分选择题 1.不同的芯片有不同的字长，目前芯片有多种型号，其中奔腾IV芯片的字长是______。 A、 8位 B、 16 位 C、 32位 D、 64位 2.计算机应用中，CAI表示的是（） A、计算机辅助设计 B、计算机辅助制造 C、计算机辅助工程 D、计算机辅助教学 3.利用计算机来模仿人的高级思维活动称为_____。 A、数据处理 B、自动控制 C、计算机辅助系统 D、人工智能 4.一个完备的计算机系统应该包含计算机的_____。 A、主机和外设 B、硬件和软件 C、CPU和存储器 D、控制器和运算器 5.构成计算机物理实体的部件被称为_____。 A．计算机系统B．计算机硬件C．计算机软件D．计算机程序 6.组成计算机主机的主要是_____。 A、运算器和控制器 B、中央处理器和主存储器 C、运算器和外设 D、运算器和存储器 7.以下不属于外部设备的是_____。 A、输入设备 B、中央处理器和主存储器 C、输出设备 D、外存储器 8.下列对软件配置的叙述中不正确的是_____。 A、软件配置独立于硬件 B、软件配置影响系统功能 C、软件配置影响系统性能 D、软件配置受硬件的制约 9.冯·诺依曼结构计算机的五大基本构件包括运算器、存储器、输入设备、输出设备和 _____。 A、显示器 B、控制器 C、硬盘存储器 D、鼠标器 10.时至今日，计算机仍采用程序内存或称存储程序原理，原理的提出者是_____。 A、莫尔 B、比尔·盖茨 C、冯·诺依曼 D、科得 11.冯·诺依曼计算机的基本原理是_____。 A、程序外接 B、逻辑连接 C、数据内置 D、程序存储 12.为解决某一特定的问题而设计的指令序列称为_____。 A、文档 B、语言 C、系统 D、程序 13.通常所说的“裸机”是指计算机仅有_____。 A、硬件系统 B、软件 C、指令系统 D、CPU
计算机系统的基本组成
计算机系统的基本组成 完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成(如图所示）。 硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。 （一）计算机硬件 计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。（如下图所示） * 中央处理器（CPU —— Central Processing Unit ） CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成； 1.运算器 运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。 2.控制器 控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。 运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（Centre Process Unit，简称CPU），如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器（Microprocessor，简称MP）。 运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统； CPU 的主要性能指标是主频和字长。 字长表示CPU每次计算数据的能力。如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。 时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。目前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达2GHz以上。 *存储器 存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。 存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。
①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。 ①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。 存储器与CPU的关系可用(图1）来表示。 ( 图1） （1）内存储器 一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位。实际上，常将每8位二进制位组成一个存储单位，简称字节（Byte）。字节是数据存储的基本单位。为了能存取到指定位置的数据，给每个存储单元编上一个号码，该号码称为内存地址。 度量内存主要性能指标是存储容量和存取时间。 存储容量是指存储可容纳的二进制信息量，描述存储容量的单位是字节。 存取时间是指存储器收到有效地址到在输出端出现有效数据的时间间隔。通常存取时间用纳秒为单位。存取时间愈短，其性能愈好。 内存储器按其工作方式可分为随机存储器（Random Acess Memory，简称RAM）和只读存储器（Read Only Memory，简称Rom）两类。 ①RAM RAM在计算机工作时，既可从中读出信息，也可随时写入信息，所以，RAM 是一种在计算机正常工作时可读/写的存储器。在随机存储器中，以任意次序读写任意存储单元所用时间是相同的。目前所有的计算机大都使用半导体随机存储器。半导体随机存储器是一种集成电路，其中有成千上万个存储单元。 根据元器体结构的不同，随机存储器又可分为静态随机存储器（Static RAM，简称SARM）和动态随机存储器（Dynamic RAM，简称DRAM）两种。 静态随机存储器（SARM）集成度低，价格高。但存取速度快，它常用作高速缓冲存储器（Cache）。 Cache是指工作速度比一般内存快得多的存储器，它的速度基本上与CPU速度相匹配，它的位置在CPU与内存之间(如图2所示）。在通常情况下，Cache 中保存着内存中部分数据映像。CPU在读写数据时，首先访问Cache。如果Cache含有所需的数据，就不需要访问内存；如果Cache中不含有所需的数据，才去访问内存。设置Cache的目的，就是为了提高机器运行速度。
计算机组成与系统结构的基础概念
计算机组成与系统结构 1.计算机的主要部件：中央处理器、存储器、输入输出设备、（总线）。 2.软件系统的分类：操作系统、语言处理程序、应用软件。 3.机器字长是指该计算机能进行多少位二进制数的并行运算，实际上是指该计算机中的运 算器有多少位，通常计算机的数据总线和寄存器的位数与机器字长一致。 4.CPU速度是指单位时间内能够执行指令的条数。 5.存储器完成一次数据的读（取）或写（存）操作所需要的时间称为存储器的存取（或访 问）时间。 6.存储器执行一次完整的读/写操作所需要的时间称为存取周期。 7.系统的可靠性通常用平均无故障时间和平均故障修复时间来表示。 8.浮点数的机器表示由三部分组成，前面是尾符，中间是阶码部分，用移码表示，最后是 尾数数值位，尾数部分用原码表示。 9.语音通过拾音设备转换成频率、幅度连续变化的电信号（模拟量），然后通过声卡对模 拟量进行采样得到数字信号。 10.具有检测某些错误或带有自动纠正错误能力的数据称为数据校验码。 11.通常把一组编码中任何两个编码之间代码不同的位数称为这两个编码的距离，也称为海 明距离。 12.设有效信息位的位数为n，校验位的位数为k，则组成的海明校验码共长n+k位。K与n 应满足关系：2k-1≥n+k 13.CRC码一般是指在n位信息码之后拼接k位校验位，应用CRC码的关键是如何从n位信 息位简便的得到k位校验位的编码。 14.舍入的方法：恒舍法、恒置1法、下舍上入法（在十进制中就是四舍五入，在二进制中 就是0舍1入）、查表舍入法、设保护位法。 15.补码加减法运算的规则： （1）参加运算的各个操作数均以补码表示，运算结果仍以补码表示。 （2）按二进制数“逢二进一”的运算规则进行运算。 （3）符号位与数值位按同样规则一起参与运算，结果的符号位由运算得出。 （4）进行补码加法时，将两补码数直接相加，得到两数之和的补码；进行补码减法时，将减数变补，然后与被减数相加，得到两数之差的补码。 （5）补码总是对确定的模而言，如果运算结果超过了模，则将模自动丢掉。 16.溢出的判断方法： （1）根据两个操作数的符号位与结果的符号位是否一致进行判断。 （2）根据两数相加时产生的进位判别溢出。 （3）采用变形补码进行运算并进行溢出判断。 17.把n个全加器串接起来，就可以进行两个n位数的相加，这种加法器称为串行进位的并 行加法器。 18.原码一位乘法的规则： （1）参加运算的操作数取其绝对值。 （2）令乘数的最低位为判断位，若为1，加被乘数，若为0，则加0。 （3）累加后的部分积以及乘数右移一位。 （4）重复n次（2）和（3）。 （5）符号位单独处理，同号为正，异号为负。 19.原码除法运算方法：恢复余数法、不恢复余数法（加减交替法）。
计算机系统由什么组成
计算机系统由什么组成 计算机系统由计算机硬件和软件两部分组成。具有接收和存储信息、按程序快速计算和判断并输出处理结果等功能。 硬件（英文名Hardware）是计算机硬件的简称（中国大陆及香港用语，台湾作硬体），是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。 简言之，硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘等。软件（中国大陆及香港用语，台湾称作软体，英文：Software）是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。一般来讲软件被划分为系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。软件并不只是包括可以在计算机（这里的计算机是指广义的计算机）上运行的电脑程序，与这些电脑程序相关的文档一般也被认为是软件的一部分。简单的说软件就是程序加文档的集合体。另也泛指社会结构中的管理系统、思想意识形态、思想政治觉悟、法律法规等等。 计算机系统的特点是能进行精确、快速的计算和判断,而且通用性好,使用容易，还能联成网络。 ①计算：一切复杂的计算，几乎都可用计算机通过算术运算和逻辑运算来实现。 ②判断：计算机有判别不同情况、选择作不同处理的能力,故可用于管理、控制、对抗、决策、推理等领域。 ③存储：计算机能存储巨量信息。 ④精确：只要字长足够，计算精度理论上不受限制。 ⑤快速：计算机一次操作所需时间已小到以纳秒计。 ⑥通用：计算机是可编程的，不同程序可实现不同的应用。 ⑦易用：丰富的高性能软件及智能化的人-机接口,大大方便了使用。 ⑧联网：多个计算机系统能超越地理界限，借助通信网络，共享远程信息与软件资源。
最新计算机系统基本组成-专项练习题
第二章计算机系统基本组成（专项练习题） 一、选择题（每小题1.5分共68题） 1.硬盘属于（） A.内部存储器 B.外部存储器 C.只读存储器 D.输出设备 2.显示器的什么指标越高，显示的图像越清晰？（） A.对比度 B.亮度 C.对比度和亮度 D.分辨率 3.下列关于ROM的叙述中，错误的是（） A.ROM中的信息只能被CPU读取 B.ROM主要用来存放计算机系统的程序和数据 C.不能随时对ROM 改写 D.ROM一旦断电信息就会丢失 4.主算机软件系统包括（） A.程序、数据和相应的文档 B.系统软件与应用软件 C.数据库管理系统和数据库 D.编译系统和办公软件 5.按操作系统的分类，UNIX操作系统是（） A.批处理操作系统 B.实时操作系统 C.分时操作系统 D.单用户操作系统 6.运算器的主要功能是进行（） A.算术运算 B.逻辑运算 C.加法运算 D.算术和逻辑运算 7.DVD-ROM属于（） A.大容量可读可写外存储器 B.大容量只读外部存储器 C. CPU可直接存取的存储器 D.只读内存储器 8.计算机的硬件主要包括：中央处理器（CPU）、存储器、输出设备和（） A.键盘 B.鼠标 C.输入设备 D.显示器 9.对计算机操作系统的作用描述完整的是（） A.管理计算机系统的全部软、硬件资源，合理组织计算机的工作流程，以达到充分发挥计算机资源的效率，为用户提供使用计算机的友好界面。 B.对用户存储的文件进行管理，方便用户 C.执行用户键入的各类命令 D.它是为汉字操作系统提供运行的基础 10.操作系统的主要功能是（） A.对用户的数据文件进行管理，为用户管理文件提供方便 B.对计算机的所有资源进行统一控制和管理，为用户使用计算机提供方便 C.对源程序进行编译和运行 D.对汇编语言程序进行翻译 11.下列叙述中，正确的是（） A.CPU 能直接读取硬盘上的数据 B.CPU 能直接存取内存储器 C.CPU 由存储器、运算器和控制器组成 D.CPU 主要用来存储程序和数据 12. 在计算机中，条码阅读器属于（） A.输入设备 B.存储设备 C.输出设备 D.计算设备 13.下列各组软件中，全部属于系统软件的一组是（） A.程序语言处理程序、操作系统、数据库管理系统 B.文字处理程序、编辑程序、操作系统 C.财务处理软件、金融软件、网络系统 D.WPS Office 2003、Excel 2000、Windows 98 14.下列叙述中，正确的是（） A.计算机能直接识别并执行用高级程序语言编写的程序
计算机系统是由什么组成
1. 计算机系统是由什么组成？ 答：硬件系统和软件系统 2.计算机软件可以分为什么？ 答：系统软件和应用软件 3.计算机的硬件系统由哪几部分组成？ 答：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 4.CPU集成了运算器和什么？ 答：控制器 5.外设是哪几部分的总称？ 答：除了主机以外的计算机系统的组成部分 6.中央处理器由什么组成？ 答：运算器和控制器 7.计算机的五大部件是什么？ 答：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 8.计算机的硬件系统指什么？其中各个部分有什么功能？ 答：运算器—进行数据处理 控制器—控制电脑运行 存储器—存放计算机的数据 输入设备—将数据或指令传达给计算机 输出设备—将计算机处理后的数据以某种形式输出 9.计算机的软件系统由哪两个部分组成？它们有什么区别？ 答：系统软件和应用软件 区别： 10.举例说明计算机有哪些系统软件，并且说明作用？ 答：操作系统： 服务器系统： 数据库管理系统： 11.计算机系统的核心部件是什么？ 答：主板 12.负责将主机部件和外部设备集成到一起的是什么？ 答：各种插槽 13.目前主流的主板结构是什么？ 答：A TX主板结构 14.主板上的控制芯片中，起主导作用的是什么？ 答：北桥芯片 15.主板上连接鼠标、键盘的接口是什么接口？ 答：PS/2接口 16.主板上连接硬盘的接口的是什么接口？ 答：IDE接口、SA TA接口 17.根据主板结构的不同，可以将主板分为哪几类？ 答：A T主板、A TX主板、MLX主板和一体化主板。 18.什么主板是将CPU、内存、显卡、网卡等各类板卡和适配器都集成到主板上，而不是通 过插槽的方式连接？
微型计算机系统的组成
第1章微型计算机概述 数字电子计算机系统俗称计算机或电脑，是一种具有高速数值运算、自动信息处理、逻辑判断和超强信息存储记忆功能的电子设备，也是一种能按照程序员事先安排的程序来工作，高速地处理各类数据信息的智能化设备。 电子计算机是人类现代科技的重大成就之一，它起始于1946年由美国宾夕法尼亚大学研制成功的第一台电子计算机ENIAC。这是一台由电子管构成的重达30吨并能按照事先安排的指令快速完成指定计算任务的现代意义上的电子计算机。自此，电子计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。这期间，计算机的构成经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模及超大规模集成电路的几个发展阶段，对应了电子计算机发展的4个时代，而微型计算机属于第4代电子计算机产品，属于超大规模集成电路计算机，是集成电路技术高度发展的产物。 电子计算机按体积、性能、用途和价格指标可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机5类。从工作原理上来讲，微型机与其他计算机并没有本质的区别，所不同的是微型计算机（简称微机）是直接面向个人用户的，其结构、功能和售价也是全面适应个人用户的。微型计算机的核心部件是微处理器，其性能与微处理器的性能直接相关。 微型计算机对现代社会的方方面面有着无可比拟的影响力。 1.1 微型计算机发展概况 微型计算机的发展是以微处理器的发展为特征的。微处理器自1971年问世以来，随着大规模集成电路技术的不断进步，在短短几十年的时间里以极快的速度发展。 1971—1973年，标志着第1代微机的4位和8位低档微处理器问世了，其代表性产品是Intel公司的4004和8008微处理器，分别是4位和8位微处理器。8008算得上是世界上第一种8位的微处理器，其集成度约4000个晶体管/片，芯片主频仅1MHz。 1974—1977年，出现了标志着第2代微机的8位中高档微处理器，其代表产品有Intel 8080、M6800和Z80等，集成度有了大幅提高，已具备了典型的计算机体系结构，包括中断、DMA等控制功能，主频约2MHz。由于有了较完善的指令系统，软件可采用BASIC、Fortran等高级语言及相应的编译程序。 1978—1984年进入了拥有16位微处理器的第3代微机时代。这个时代的微处理器代表产品是Intel 8086、Intel 8088、M68000和Z8000等，集成度和运算速度比上一代有了成
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。 11.数据编码的好处：用更少的数据表示更多的信息。 12.定点数：若约定小数点的位置固定不变，则成为定点数。定点数分为两种：定点整数(纯整数，小数点在最低有效数值位之后)和定点小数(纯小数，小数点最高有效数值位之前)。 13.浮点数：基数为2的数F的浮点表示为：F=M*2^E.其中M称为尾数，E称为阶码。尾数为带符号的纯小数，阶码为带符号的纯整数。 14.补码：非负数整数的补码为其原码，负数整数的补码在原码基础上取反加1. 15.n位补码表示的整数数值范围为-2^(n-1)~+(2^(n-1)-1)，n位补码表示的小数数职的范围为-1~+(1-2^(-n+1))。 16.补码的特点： ①0的表示是唯一的。②变形码。③求补运算。 ④简化加减法。⑤算术或逻辑左移。⑥算术右移。 17.反码：正整数反码与原码相同。负整数反码即原码取反。 18.汉字编码分为三类：汉字输入编码、国际码和汉字内码以及汉字字模码。
计算机系统主要由哪两部分组成
1.计算机系统主要由哪两部分组成？硬件结构主要有哪几大部 分？ 答：计算机系统主要由硬件、软件两 大部分组成，硬件结构从概念上来说 主要由中央处理器（运算器、控制 器）、存贮器、输入设备、输出设备 等几大部分组成。 2.PLC、DCS的中文全称和英文全 称分别是什么？ 答：PLC中文全称：可编程序逻辑控 制器，英文全称：ProgrammablepLogicalpController 。DCS中文全称：分散控制系统，英 文全称： DistributedpControlpSystem。 3.一体化PLC和模块化PLC各有什 么特点？ 答：一体化PLC通常为小型PLC，其 I/O点数规模小，I/O、PS、CPU等都 集中在一起，适合于单机自动化任务
或简单的控制对象。模块化PLC通常为中、大规模PLC，其I/O点数在几 百点、几千点甚至上万点，所有I/O 以及PS、CPU、CP等等功能单元均做成独立的模块形式，根据需要以总线形式连接组合在一起，构成一个完整的系统，以实现复杂的自动控制任务。 4.PLC由哪几个部分组成？ 答：PLC的基本组成部分有：电源模块、CPU模块、I/O模块、编程器、 编程软件工具包等，根据不同类型的系统，一般还会有安装机架（底板）、通讯模板、智能模板、接口模板等 5.一般而言,PLC的I/O点数要冗 余10%。 6.PLC设计规范中,RS232通讯的 距离是为15m。 7.PLC的RS485专用通讯模块的通 讯距离500m。 8.PLC采用典型的计算机结构，由
中央处理器、存储器、输入输出接口 电路和其它一些电路组成。 9.PLC的输入信号模式中，交流输 入的电压大多采用AC110V或 AC220V，直流输入额定电压为 DC24～48V。 10.PLC中CPU的主要作用是什么？ 答：CPU是PLC的主要部分，是系统的控制中枢，它接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、 存储器、I/O以及警戒定时器的状态， 并诊断用户程序的语法错误。 11.PLC在循环扫描周期内，将所需 要输入输出信息存到预先准备 好的一定区域，这个区域称为 I/O镜像区。 12.控制系统的各类模块中，PS、 CPU、CP、AI、AO、DI、DO、IM分别 指的是哪些类型的模块？ 答：PS－电源模块，CPU－中央处理 器模块，CP－通讯处理器模块，AI －模拟量输入模块，AO－模拟量输出
-计算机系统结构(有详细答案)
(仅供参考，不作为考试标准)， 选择题(30分，每题2分) 计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 C)机器语言或汇编语言程序员D)高级语言程序员 在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意________。 A)加快经常性使用指令的执行速度 B)要特别精心设计少量功能强大的指令 C)要减少在数量上占很小比例的指令的条数 D)要加快少量指令的速度 重叠寄存器技术主要用于解决在RISC系统中因________而导致的问题。 A)JMP指令影响流水线 B)CALL指令的现场保护 C)只有LOAD和STORE指令带来的访问存储器不便 D)存储器访问速度 为使流水计算机运行效率高________ A)各过程段时间要不同B)连续处理的任务类型应该不同 C)连续处理的任务类型应该相同D)连续处理的任务数尽可能少不属于堆栈型替换算法的是________。 A)近期最少使用法B)近期最久未用法 C)先进先出法D)页面失效频率法 与全相联映象相比，组相联映象的优点是________。 A)目录表小B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率高"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是________。 A)不准修改指令B)设相关专用通路 C)推后分析下条指令D)推后执行下条指令 流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有________。 A)用优化编译器检测，通过指令重新排序的办法 B)数据重定向技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 C)多级混洗交换网络D)上述任何网络 虫蚀寻径以流水方式在各寻径器是顺序传送的是________。 授课：XXX
计算机组成与系统结构课后答案全(清华大学出版社 袁春风主编)
第 1 章习题答案 5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000 请回答下列问题： （1）对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？ （2）在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度又各是多少？从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？ （3）假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少？ （4）如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2？为什么？（提示：从性价比上考虑）（5）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2？为什么？ 参考答案： （1）对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。 （2）对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/0.003=100MIPS。 对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/0.006=70MIPS。 从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。 （3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×106)=40。 在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×1.2G/(150×106)=40。 （4）考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。故性价比R为： R=1/(执行时间×价格) R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。 因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。应选择M2。 （5）P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：执行时间总和、算术平均、几何平均。 若用算术平均方式，则：因为(10+0.003)/2×5000 > (5+0.006)/2×8000，所以M2的性价比高，应选择M2。 若用几何平均方式，则：因为sqrt(10×0.003) ×5000 < sqrt(5×0.006) ×8000，所以M1的性价比高，应选择M1。 6．若机器M1和M2具有相同的指令集，其时钟频率分别为1GHz和1.5GHz。在指令集中有五种不同类 请回答下列问题：
计算机系统的基本组成
计算机系统的组成 一、教学课题：计算机系统的组成 二、教学课时：1课时 三、教学目标：1、学生了解计算机组成各部分的名称和作用。 2、学生了解计算机处理信息的过程。 3、学生知道什么是计算机软件，了解计算机软件的作用。 四、教学重点：1、学生掌握计算机组成各部分设备的作用。 2、学生了解常用软件的作用 3、学生了解计算机处理信息的过程。 五、教学难点：计算机硬件和软件的概念。 六、教学环境：多媒体教室、投影仪 七、教学资源：计算机及相关软件Powerpoint。 八、教学过程 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，如图1所示。硬件（HardWare）是指计算机的各种看得见，摸得着的实实在在的物理设备的总称，包括组成计算机的电子的，机械的，磁的或光的元器件或装置，是计算机系统的物质基础；软件（SoftWare）是指在硬件系统上运行的各类程序，数据及有关资料的总称。硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。没有硬件对软件的物质支持，软件的功能则无法发挥。所以硬件和软件相互结合构成了一个完整的计算机系统，只有硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。 图1：微型计算机系统组成框 图
计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料。所谓程序实际上是用户用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令的集合。用户要让计算机做的工作可能是很复杂的，因而指挥计算机工作的程序也可能是庞大而复杂的，有时还可能要对程序进行修改与完善。因此，为了便于阅读和修改，必须对程序作必要的说明或整理出有关的资料。这些说明或资料（称之为文档）在计算机执行过程中可能是不需要的，但对于用户阅读、修改、维护、交流这些程序却是必不可少的。因此，也有人简单地用一个公式来说明包括其基本内容：软件=程序+文档。 计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了极大的变化，但在基本的硬件结构方面，一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件构成。图1-5列出了一个计算机系统的基本硬件结构。图中，实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。原始数据和程序通过输入设备送入存储器，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的结果存入存储器，必要时再经输出设备输出，如图1-5。指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器控制各部件的工作。 图1.5 各主要设备之间的关系 由此可见，输入设备负责把用户的信息（包括程序和数据）输入到计算机中；输出设备负责将计算机中的信息（包括程序和数据）传送到外部媒介，供用户查看或保存；存储器负责存储数据和程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，它包括内存（储器）和外存（储器）；运算器负责对数据进行算术运算和逻辑运算（即对数据进行加工处理）；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。下面分别对其各部分进行介绍。 1 .中央处理器 中央处理器简称CPU（Central Processing Unit）,它是计算机系统的核心，中央处理器包括运算器和控制器两个部件。
第一部分计算机系统组成及说明
第一部分：计算机系统组成及说明 一、计算机系统组成 一个完整的计算机系统通常是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。（一）硬件（hardware） 硬件是指计算机的物理设备，包括主机及其外部设备。具体地说，硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。 ①存储器。存储器是计算机用来存放程序和原始数据及运算的中间结果和最后结果的记忆部件。 ②运算器。运算器对二进制数码进行算术或逻辑运算。 ③控制器。控制器是计算机的“神经中枢”。它指挥计算机各部件按照指令功能的要求自动协调地进行所需的各种操作。 ④输入/输出设备（简称I/O设备）。计算机和外界进行联系业务要通过输入输出设备才能实现。输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转换成计算机所能识别的形式（二进制）存放到内存中。输出设备的主要功能是把计算机处理的结果转变为人们能接受的形式，如数字、字母、符号或图形。 （二）软件（software） 软件是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档的集合。包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需的应用软件（三）硬件和软件的关系
硬件是计算机的基础，软件对硬件起辅助支持作用，二者相辅相成，缺一不可，只有有了软件的支持，硬件才能充分发挥自己的作用。 二、计算机工作原理 （一）冯·诺依曼设计思想 计算机问世５０年来，虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别，但基本体系结构没有变，都属于冯·诺依曼计算机。 冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点： ①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。 ②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中，操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器的位置。 ③将编好的程序和原始数据送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机应在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行任务。 冯·诺依曼设计思想最重要之处在于他明确地提出了“程序存储”的概念。他的全部设计思想，实际上是对“程序存储”要领的具体化。