第 1 章 計算機系統(tǒng)概論

1、2022-5-51 了解計算機硬件系統(tǒng)的組成原理及工作了解計算機硬件系統(tǒng)的組成原理及工作機制。機制。 掌握計算機五大部件的工作原理、邏輯掌握計算機五大部件的工作原理、邏輯實現(xiàn)、設計方法及各部件互聯(lián)構成計算實現(xiàn)、設計方法及各部件互聯(lián)構成計算機整機的技術，建立計算機整機工作的機整機的技術，建立計算機整機工作的概念。概念。課程的學習目的與內容課程的學習目的與內容2022-5-52課程性質課程性質 本課程為大學本科計算機專業(yè)學生必修本課程為大學本科計算機專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎課，課程內容偏重計算機硬的專業(yè)基礎課，課程內容偏重計算機硬件組成和基本原理，是計算機專業(yè)硬件件組成和基本原理，是計算機專業(yè)硬件課

2、程教學鏈中的重要環(huán)節(jié)。課程教學鏈中的重要環(huán)節(jié)。2022-5-53教材及參考書目教材及參考書目 教材教材 計算機組成原理計算機組成原理 張功萱張功萱 顧一禾顧一禾 鄒建偉鄒建偉 王曉峰王曉峰 編編著著 清華大學出版社清華大學出版社2022-5-54第第 1 1 章章 計算機系統(tǒng)概論計算機系統(tǒng)概論 2022-5-55本章學習內容 計算機的發(fā)展歷史計算機的發(fā)展歷史 計算機系統(tǒng)的硬件組成計算機系統(tǒng)的硬件組成 計算機的軟件系統(tǒng)計算機的軟件系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)的組織結構計算機系統(tǒng)的組織結構 計算機的特點和性能指標計算機的特點和性能指標 計算機的分類與應用計算機的分類與應用 2022-5-561.1 1.1 計

3、算機的發(fā)展歷史計算機的發(fā)展歷史 1.1.1 計算機硬件的發(fā)展計算機硬件的發(fā)展 通常將計算機的發(fā)展按通常將計算機的發(fā)展按“代代”劃分為五個發(fā)劃分為五個發(fā)展階段。展階段。 1. 電子管時代電子管時代（20世紀世紀40年代中期年代中期 50年代中期）年代中期） 2. 晶體管時代晶體管時代（20世紀世紀50年代末期年代末期 60年代中期）年代中期） 3. 中、小規(guī)模集成電路時代中、小規(guī)模集成電路時代（20世紀世紀60年代中期年代中期 70年代中期）年代中期） 4. 超大規(guī)模集成電路時代超大規(guī)模集成電路時代（20世紀世紀70年代中期年代中期 90年代初期）年代初期） 5. 超級規(guī)模集成電路時代超級規(guī)模集

4、成電路時代（20世紀世紀90年代初期年代初期 目目前）前）2022-5-57電子管時代（電子管時代（19461959）運算速度：運算速度：5千千4萬（次萬（次/秒秒）在電子管時代，計算機以在電子管時代，計算機以電子管作為基本邏輯單元電子管作為基本邏輯單元，主存儲器采用汞延遲線，主存儲器采用汞延遲線、磁鼓等材料，數(shù)據(jù)用定、磁鼓等材料，數(shù)據(jù)用定點表示。點表示。2022-5-58USA ENIAC2022-5-59 從從1946年年2月月15日第一臺計算機日第一臺計算機-ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)誕生。誕生。2022-5-

5、510晶體管時代晶體管時代（19571964）運算速度：運算速度：幾十萬百萬（次幾十萬百萬（次/ /秒）秒）2022-5-511 晶體管時代的計算機主要以晶體管代替晶體管時代的計算機主要以晶體管代替電子管作為基本邏輯元件，主存儲器由電子管作為基本邏輯元件，主存儲器由磁芯構成，引入了浮點運算硬件加強科磁芯構成，引入了浮點運算硬件加強科學計算能力。學計算能力。2022-5-512第一臺小型計算機第一臺小型計算機 PDP-8 2022-5-513中小規(guī)模集成電路時代中小規(guī)模集成電路時代（19651975）運算速度：百萬幾百萬（次運算速度：百萬幾百萬（次/秒）秒）2022-5-514 在中小規(guī)模集成電

6、路（在中小規(guī)模集成電路（MSI、SSI）時代，）時代，集成電路器件成為了計算機的主要邏輯集成電路器件成為了計算機的主要邏輯元件，由半導體存儲器替代磁芯存儲器元件，由半導體存儲器替代磁芯存儲器作為主存儲器。此階段采用多處理器并作為主存儲器。此階段采用多處理器并行結構的大型、巨型機和物美價廉的小行結構的大型、巨型機和物美價廉的小型機得到快速發(fā)展。型機得到快速發(fā)展。2022-5-515采用了采用了Intel8080的個人電腦的個人電腦Altair88002022-5-516超大規(guī)模集成電路時代（超大規(guī)模集成電路時代（19751990）運算速度：幾百萬幾千萬億（次運算速度：幾百萬幾千萬億（次/秒）秒）

7、2022-5-517 這一階段集成電路的集成度進一步提高，這一階段集成電路的集成度進一步提高，超規(guī)模、大規(guī)模電路（超規(guī)模、大規(guī)模電路（VLSI、LSI）被）被廣泛應用于計算機。采用并行技術、多廣泛應用于計算機。采用并行技術、多機系統(tǒng)和分布式計算技術、機系統(tǒng)和分布式計算技術、RISC指令集指令集等極大地提高了計算機系統(tǒng)的性能等極大地提高了計算機系統(tǒng)的性能。 此此時按照計算機性能和規(guī)模，劃分出了巨時按照計算機性能和規(guī)模，劃分出了巨型機、型機、 大型機、小型機、微型機和便攜大型機、小型機、微型機和便攜機等不同的類型。機等不同的類型。2022-5-5182011全球超級計算機全球超級計算機500強強h

8、ttp://2022-5-5191.1.2 1.1.2 計算機軟件的發(fā)展計算機軟件的發(fā)展 1. 匯編語言階段匯編語言階段 （20世紀世紀50年代）年代） 2. 程序批處理階段（程序批處理階段（20世紀世紀60年代）年代） 3. 分時多用戶階段（分時多用戶階段（20世紀世紀70年代）年代） 4. 分布式管理階段（分布式管理階段（20世紀世紀80年代）年代） 5. 軟件重用階段軟件重用階段 （20世紀世紀90年代）年代） 6. Web服務階段服務階段 （21世紀初期）世紀初期） 2022-5-5201.2 1.2 計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng) 個完整的計算機系統(tǒng)由硬件和

9、軟件兩大個完整的計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成。計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)組成一臺計算機的各種組成一臺計算機的各種物理裝置以及它們的設物理裝置以及它們的設計與實現(xiàn)技術計與實現(xiàn)技術軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)泛指計算機系統(tǒng)中使用泛指計算機系統(tǒng)中使用的各種程序和文件的各種程序和文件2022-5-5211.2.1 1.2.1 計算機計算機硬件硬件系統(tǒng)的功能部件系統(tǒng)的功能部件 計算機的基本功能主要包括計算機的基本功能主要包括: 數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)傳送和操作數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)傳送和操作控制等?？刂频?。 為了實現(xiàn)這些基本功能，計算機必須要為了實現(xiàn)這些基本功能，計算機必須要有相應的功

10、能部件（硬件）承擔有關工有相應的功能部件（硬件）承擔有關工作。作。2022-5-522 運算器 控制器 輸入設備 輸出設備 CPU 主機系統(tǒng) 存儲器 I/O 系統(tǒng) 圖1-1 計算機硬件系統(tǒng)功能部件 2022-5-523 計算機硬件系統(tǒng)主要包括計算機硬件系統(tǒng)主要包括計算機計算機的五大部件的五大部件以及將它們組織成計以及將它們組織成計算機系統(tǒng)的算機系統(tǒng)的體系結構體系結構。2022-5-5241. 1. 輸入設備輸入設備 輸入設備的主要功能：將程序和數(shù)據(jù)以輸入設備的主要功能：將程序和數(shù)據(jù)以機器所能識別和接受的信息形式輸入到機器所能識別和接受的信息形式輸入到計算機內。計算機內。 常見的輸入設備有：鍵盤

11、、掃描儀、語常見的輸入設備有：鍵盤、掃描儀、語音輸入設備、手寫筆、觸摸屏、音輸入設備、手寫筆、觸摸屏、鼠標、鼠標、數(shù)碼攝像設備等。數(shù)碼攝像設備等。2022-5-5252. 2. 輸出設備輸出設備 輸出設備的主要功能：輸出設備的主要功能： 將計算機處理的結果以人們所能接受的將計算機處理的結果以人們所能接受的信息形式或其它系統(tǒng)所要求的信息形式信息形式或其它系統(tǒng)所要求的信息形式輸出。輸出。 最常見的輸出設備有：顯示器、打印機、最常見的輸出設備有：顯示器、打印機、繪圖儀繪圖儀 、音箱等。、音箱等。 計算機的輸入、輸出設備簡稱為計算機的輸入、輸出設備簡稱為I/O設備設備。2022-5-526 存儲器是計

12、算機的存儲部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)，存儲器是計算機的存儲部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機存儲信息的核心。是計算機存儲信息的核心。 存儲器可分為：存儲器可分為： 主存儲器主存儲器(也稱內存儲器，簡稱內存、主存也稱內存儲器，簡稱內存、主存) CPU能夠直接訪問、速度快、容量小、易失性存能夠直接訪問、速度快、容量小、易失性存儲器儲器 輔助存儲器輔助存儲器(也稱外存儲器，簡稱外存、輔存也稱外存儲器，簡稱外存、輔存) CPU不能直接訪問的大容量、速度較慢、非易失不能直接訪問的大容量、速度較慢、非易失性存儲器。性存儲器。 輔助存儲器幫助主存記憶更多的信息，輔助存儲輔助存儲器幫助主存記憶更多的信息，輔助存

13、儲器中的信息必須調入主存后，才能為器中的信息必須調入主存后，才能為CPU所使用。所使用。 3. 3. 存儲器存儲器2022-5-527 運算器是計算機的執(zhí)行部件，用于完成算術邏運算器是計算機的執(zhí)行部件，用于完成算術邏輯運算以及對數(shù)據(jù)的加工處理。輯運算以及對數(shù)據(jù)的加工處理。 運算器的核心是算術邏輯部件運算器的核心是算術邏輯部件 ALU (Arithmetic and Logical Unit) 。 運算器中設有若干寄存器，用于暫存操作數(shù)據(jù)運算器中設有若干寄存器，用于暫存操作數(shù)據(jù)和中間結果。和中間結果。 由于寄存器往往兼?zhèn)涠喾N用途，如用作累加器、由于寄存器往往兼?zhèn)涠喾N用途，如用作累加器、變址寄存器

14、、基址寄存器等，所以通常稱為變址寄存器、基址寄存器等，所以通常稱為通通用寄存器用寄存器。4 4運算器運算器2022-5-528運算器的簡單框圖運算器的簡單框圖 圖 1-3 運算器的簡單框圖 輸入選擇 1 R0 通用寄存器組 Rn ALU 輸入選擇 2 輸出選擇 +1 至 DBUS 自 DBUS 2022-5-529 控制器是整個計算機的指揮中心。用于控制整個控制器是整個計算機的指揮中心。用于控制整個計算機系統(tǒng)中的各部件有條不紊地進行工作。計算機系統(tǒng)中的各部件有條不紊地進行工作。 計算機控制器是根據(jù)事先編好的程序進行指揮的。計算機控制器是根據(jù)事先編好的程序進行指揮的。 程序：程序：就是解題步驟，

15、控制器按著事先安排好的就是解題步驟，控制器按著事先安排好的解題步驟，控制計算機各個部件有條不紊地自動解題步驟，控制計算機各個部件有條不紊地自動工作。工作。 程序按指令序列的形式存放在存儲器中，控制器程序按指令序列的形式存放在存儲器中，控制器依次讀出存儲器中存放的程序指令實施控制。依次讀出存儲器中存放的程序指令實施控制。 這種工作方式稱為這種工作方式稱為存儲程序方式存儲程序方式。5 5控制器控制器( (CU) )重點重點2022-5-5301.2.2 1.2.2 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機 存儲程序概念是美國數(shù)學家馮存儲程序概念是美國數(shù)學家馮諾依曼（諾依曼（John von Neumann）于

16、）于1946年首先提出來的，它奠年首先提出來的，它奠定了現(xiàn)代計算機的結構基礎。定了現(xiàn)代計算機的結構基礎。 盡管幾十年來，計算機體系結構發(fā)生許多重大盡管幾十年來，計算機體系結構發(fā)生許多重大變革，但存儲程序的概念仍是普遍采用的結構變革，但存儲程序的概念仍是普遍采用的結構原則，現(xiàn)在廣泛應用的計算機仍屬于馮原則，現(xiàn)在廣泛應用的計算機仍屬于馮諾依諾依曼的結構格式。曼的結構格式。2022-5-531John von Neumann2022-5-532 馮馮諾依曼思想的基本要點：諾依曼思想的基本要點：(1)(1)采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令令 指令是程序的基本單位，程序是若干指令的

17、指令是程序的基本單位，程序是若干指令的有序集合有序集合。馮。馮諾依曼結構計算機中，指令諾依曼結構計算機中，指令與數(shù)據(jù)均以二進制代碼的形式同存于存儲器與數(shù)據(jù)均以二進制代碼的形式同存于存儲器中。中。1. 1. 存儲程序思想存儲程序思想 2022-5-533 (2)(2)采用存儲程序方式采用存儲程序方式 存儲程序方式存儲程序方式：在用計算機解題之前，事先編：在用計算機解題之前，事先編制好程序，并連同所需的數(shù)據(jù)預先存入主存儲制好程序，并連同所需的數(shù)據(jù)預先存入主存儲器中。在解題過程器中。在解題過程( (運行程序運行程序) )中，由控制器按中，由控制器按照事先編好并存入存儲器中的程序自動地、連照事先編好并

18、存入存儲器中的程序自動地、連續(xù)地從存儲器中依次取出指令并執(zhí)行，直到獲續(xù)地從存儲器中依次取出指令并執(zhí)行，直到獲得所要求的結果為止。得所要求的結果為止。 存儲程序方式是馮存儲程序方式是馮諾依曼思想的核心，是計諾依曼思想的核心，是計算機能高速自動運行的基礎。算機能高速自動運行的基礎。2022-5-534 (3)(3)計算機由輸入設備、輸出設備、運計算機由輸入設備、輸出設備、運算器、存儲器和控制器五大部件組成。算器、存儲器和控制器五大部件組成。 CPU：運算器和控制器的統(tǒng)稱。運算器和控制器的統(tǒng)稱。 計算機主機：計算機主機：CPU與主存儲器與主存儲器(內存內存)的統(tǒng)稱。的統(tǒng)稱。 I/O設備設備：輸入設備

19、、輸出設備、外存儲器的統(tǒng)：輸入設備、輸出設備、外存儲器的統(tǒng)稱為計算機的外部設備，簡稱為稱為計算機的外部設備，簡稱為I/O設備。設備。2022-5-5352. 2. 早期的馮早期的馮諾依曼計算機諾依曼計算機 在微處理器問世之前，運算器和控制器在微處理器問世之前，運算器和控制器是兩個分離的功能部件，加上當時存儲是兩個分離的功能部件，加上當時存儲器還是以磁芯存儲器為主，計算機存儲器還是以磁芯存儲器為主，計算機存儲的信息量較少，因此早期馮的信息量較少，因此早期馮諾依曼提諾依曼提出的計算機結構是出的計算機結構是以運算器為中心以運算器為中心的，的，其它部件都通過運算器完成信息的傳遞。其它部件都通過運算器完

20、成信息的傳遞。 2022-5-536早期的馮早期的馮諾依曼計算機組織結構圖諾依曼計算機組織結構圖 圖1-4 典型的馮諾依曼機結構圖 運算器 控制器 輸入設備 輸出設備 存儲器 程序 數(shù)據(jù) 結果 結果 數(shù)據(jù) 指令 命令 命令 命令 請求 命令 請求 狀態(tài) 2022-5-5373. 3. 現(xiàn)代計算機組織結構現(xiàn)代計算機組織結構 隨著微電子技術的進步，人們成功地研制出了隨著微電子技術的進步，人們成功地研制出了微處理器。微處理器將運算器和控制器兩個主微處理器。微處理器將運算器和控制器兩個主要功能部件合二為一，集成到一個芯片里。同要功能部件合二為一，集成到一個芯片里。同時隨著半導體存儲器代替磁芯存儲器，存

21、儲容時隨著半導體存儲器代替磁芯存儲器，存儲容量成倍地擴大，加上需要計算機處理、加工的量成倍地擴大，加上需要計算機處理、加工的信息量與日俱增，以運算器為中心的結構已不信息量與日俱增，以運算器為中心的結構已不能滿足計算機發(fā)展的需求，甚至會影響計算機能滿足計算機發(fā)展的需求，甚至會影響計算機的性能。的性能。 為適應發(fā)展的需要，現(xiàn)代計算機組織結構逐步為適應發(fā)展的需要，現(xiàn)代計算機組織結構逐步轉變?yōu)檗D變?yōu)橐源鎯ζ鳛橹行囊源鎯ζ鳛橹行摹?2022-5-538 CPU 存儲器 圖 1-5 現(xiàn)代計算機結構圖 主主存存儲儲器器 控控制制器器 輸輸入入設設備備 輸輸出出設設備備 運運算算器器 程序/ 數(shù)據(jù) 結果 數(shù)據(jù)

22、 結果 指令 命令 命令 請求 請求 狀態(tài) 輔輔存存儲儲器器 地址 命令 命令 命令 程序/ 數(shù)據(jù) 外設 主機 2022-5-539 現(xiàn)代計算機的基本結構仍然遵循現(xiàn)代計算機的基本結構仍然遵循馮馮諾依曼思想諾依曼思想2022-5-5401.3 1.3 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng) 軟件的作用軟件的作用 軟件在計算機系統(tǒng)中起著指揮和管理的作用。軟件在計算機系統(tǒng)中起著指揮和管理的作用。 軟件是計算機用戶和硬件的接口界面。軟件是計算機用戶和硬件的接口界面。 軟件是計算機系統(tǒng)結構設計的主要依據(jù)。軟件是計算機系統(tǒng)結構設計的主要依據(jù)。 在計算機系統(tǒng)中，各種軟件的有機組合構成了在計算機系統(tǒng)中，各種軟件的有機組

23、合構成了軟軟件系統(tǒng)件系統(tǒng)。基本的軟件系統(tǒng)應包括。基本的軟件系統(tǒng)應包括系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件與與應用應用軟件軟件兩大類。兩大類。2022-5-5411.3.1 1.3.1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是一組保證計算機系統(tǒng)高效、正確運系統(tǒng)軟件是一組保證計算機系統(tǒng)高效、正確運行的基礎軟件，通常作為系統(tǒng)資源提供給用戶行的基礎軟件，通常作為系統(tǒng)資源提供給用戶使用。系統(tǒng)軟件主要包括：使用。系統(tǒng)軟件主要包括： 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 語言處理系統(tǒng)語言處理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 分布式軟件系統(tǒng)分布式軟件系統(tǒng) 網絡軟件系統(tǒng)網絡軟件系統(tǒng) 各種服務程序各種服務程序2022-5-5421.3.2 1.3.2 應用軟件應

24、用軟件 應用軟件是指用戶為解決某個應用領域中的各應用軟件是指用戶為解決某個應用領域中的各類問題而編制的程序。類問題而編制的程序。 應用軟件包括各種科學計算類程序、工程設計應用軟件包括各種科學計算類程序、工程設計類程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理程序、情報檢索程序、類程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理程序、情報檢索程序、企業(yè)管理程序、生產過程控制程序等。企業(yè)管理程序、生產過程控制程序等。 由于計算機已應用到各種領域，因而應用程序由于計算機已應用到各種領域，因而應用程序是多種多樣，極其豐富的。目前應用軟件正向是多種多樣，極其豐富的。目前應用軟件正向標準化、集成化方向發(fā)展，許多通用的應用程標準化、集成化方向發(fā)展，許多通用的應

25、用程序可以根據(jù)其功能組成不同的應用軟件包供用序可以根據(jù)其功能組成不同的應用軟件包供用戶選擇使用。戶選擇使用。2022-5-5431.4 1.4 計算機系統(tǒng)的組織結構計算機系統(tǒng)的組織結構 1.4.1 1.4.1 硬件與軟件的關系硬件與軟件的關系 計算機系統(tǒng)由硬件、軟件兩大部分組成。硬件計算機系統(tǒng)由硬件、軟件兩大部分組成。硬件和軟件是緊密相關、缺一不可的整體。和軟件是緊密相關、缺一不可的整體。 硬件是計算機系統(tǒng)的物質基礎硬件是計算機系統(tǒng)的物質基礎。 沒有硬件，再好的軟件也無法運行；沒有強有沒有硬件，再好的軟件也無法運行；沒有強有力的硬件支持，就不可能編制出高質量、高效力的硬件支持，就不可能編制出高

26、質量、高效率的軟件；沒有好的硬件環(huán)境，一些先進的軟率的軟件；沒有好的硬件環(huán)境，一些先進的軟件也無法運行。件也無法運行。 軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂。 沒有軟件，再好的硬件也毫無用途；沒有高質沒有軟件，再好的硬件也毫無用途；沒有高質量的軟件，硬件也不可能充分發(fā)揮它的效率。量的軟件，硬件也不可能充分發(fā)揮它的效率。2022-5-544 雖然在一個具體的計算機系統(tǒng)中，硬件、雖然在一個具體的計算機系統(tǒng)中，硬件、軟件是緊密相關、缺一不可的，但是對軟件是緊密相關、缺一不可的，但是對某一具體功能來說，可以用硬件實現(xiàn)，某一具體功能來說，可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)，這就是也可以用軟件實現(xiàn)，

27、這就是硬件、軟件硬件、軟件在邏輯功能上的等效在邏輯功能上的等效。硬件、軟件在邏輯功能上等效硬件、軟件在邏輯功能上等效2022-5-545硬件、軟件在邏輯功能上的等效硬件、軟件在邏輯功能上的等效 除基本操作外，任何由硬件實現(xiàn)的操作，除基本操作外，任何由硬件實現(xiàn)的操作，在原理上，均可用軟件來實現(xiàn)；同樣，在原理上，均可用軟件來實現(xiàn)；同樣，任何由軟件實現(xiàn)的操作，在原理上都可任何由軟件實現(xiàn)的操作，在原理上都可硬化由硬件來實現(xiàn)硬化由硬件來實現(xiàn)。 例：乘除運算早期均由軟件編程實現(xiàn)。例：乘除運算早期均由軟件編程實現(xiàn)?，F(xiàn)已由硬件乘、除法器實現(xiàn)?，F(xiàn)已由硬件乘、除法器實現(xiàn)。 例：在微小型機中，為了降低系統(tǒng)復雜例：在

28、微小型機中，為了降低系統(tǒng)復雜程度和成本，將一些在巨型、大型機中程度和成本，將一些在巨型、大型機中由硬件實現(xiàn)的功能由軟件編程實現(xiàn)。由硬件實現(xiàn)的功能由軟件編程實現(xiàn)。2022-5-546 硬件的軟化硬件的軟化： 將由硬件實現(xiàn)的功能用軟件實現(xiàn)。將由硬件實現(xiàn)的功能用軟件實現(xiàn)。 軟件的硬化軟件的硬化： 將由軟件實現(xiàn)的功能用硬件實現(xiàn)。將由軟件實現(xiàn)的功能用硬件實現(xiàn)。 固件：固件： 載有在用戶環(huán)境中不能加以改變的程序及數(shù)據(jù)的載有在用戶環(huán)境中不能加以改變的程序及數(shù)據(jù)的器件。器件。 將復雜且常用的程序寫入只讀存儲器就構成了固將復雜且常用的程序寫入只讀存儲器就構成了固件。件。 固件從功能上看是軟件，但從形態(tài)上看是硬件

29、。固件從功能上看是軟件，但從形態(tài)上看是硬件。 例如，例如，PC機中的主板機中的主板BIOS、顯卡、顯卡BIOS，網卡，網卡BOOT ROM等都屬于固件。等都屬于固件。2022-5-547硬件軟件的功能分配硬件軟件的功能分配 在設計一個計算機系統(tǒng)時，必須根據(jù)設在設計一個計算機系統(tǒng)時，必須根據(jù)設計要求、現(xiàn)實技術與器件條件，首先確計要求、現(xiàn)實技術與器件條件，首先確定哪些功能直接由硬件實現(xiàn)，哪些功能定哪些功能直接由硬件實現(xiàn)，哪些功能通過軟件實現(xiàn)。這就是硬件、軟件的功通過軟件實現(xiàn)。這就是硬件、軟件的功能分配。能分配。 隨著電子技術的發(fā)展，可以使軟件逐漸隨著電子技術的發(fā)展，可以使軟件逐漸“固化固化”乃至乃

30、至“硬化硬化” 。所以設計計算。所以設計計算機系統(tǒng)時必須首先解決機系統(tǒng)時必須首先解決硬、軟件的功能硬、軟件的功能分配問題。分配問題。2022-5-5481.4.2 1.4.2 計算機系統(tǒng)的多級層次結構計算機系統(tǒng)的多級層次結構 現(xiàn)代的計算機是一個硬件與軟件組成的綜合體?，F(xiàn)代的計算機是一個硬件與軟件組成的綜合體。由于面對的應用范圍越來越廣，所以必須有復由于面對的應用范圍越來越廣，所以必須有復雜的系統(tǒng)軟件和硬件的支持。雜的系統(tǒng)軟件和硬件的支持。 由于軟件、硬件的設計者和使用者是從不同的由于軟件、硬件的設計者和使用者是從不同的角度，以各種不同的語言來對待同一個計算機角度，以各種不同的語言來對待同一個計

31、算機系統(tǒng)。因此，他們各自看到的計算機系統(tǒng)的屬系統(tǒng)。因此，他們各自看到的計算機系統(tǒng)的屬性及對計算機系統(tǒng)提出的要求也就不一樣。性及對計算機系統(tǒng)提出的要求也就不一樣。 如硬件設計人員要求機器能夠高速有效地執(zhí)行如硬件設計人員要求機器能夠高速有效地執(zhí)行機器指令所規(guī)定的各種操作。而高級語言使用機器指令所規(guī)定的各種操作。而高級語言使用者則關心機器能否提供高效方便的編程環(huán)境。者則關心機器能否提供高效方便的編程環(huán)境。2022-5-549 對不同的對象而言，一個計算機系統(tǒng)就對不同的對象而言，一個計算機系統(tǒng)就成為成為實現(xiàn)不同語言的、具有不同屬性實現(xiàn)不同語言的、具有不同屬性的的機器。機器。 假如在軟件、硬件之間，系統(tǒng)

32、設計者和假如在軟件、硬件之間，系統(tǒng)設計者和使用者之間不能很好地協(xié)調、配合，就使用者之間不能很好地協(xié)調、配合，就會大大影響系統(tǒng)的性能與效率。會大大影響系統(tǒng)的性能與效率。2022-5-550計算機系統(tǒng)的多級層次結構計算機系統(tǒng)的多級層次結構 根據(jù)從各種角度所看到的機器之間的有根據(jù)從各種角度所看到的機器之間的有機關系，可以將計算機系統(tǒng)分為機關系，可以將計算機系統(tǒng)分為多級層多級層次結構次結構。 目的目的：分清各級層次結構彼此之間的界：分清各級層次結構彼此之間的界面，明確各自的功能，以便構成合理、面，明確各自的功能，以便構成合理、高效的計算機系統(tǒng)。高效的計算機系統(tǒng)。2022-5-551 硬 件 操 作 時

33、 序 （ 實 機 器 ） 微 程 序 機 器 層 （ 實 機 器 ） 傳 統(tǒng) 機 器 語 言 層 （ 實 機 器 ） 操 作 系 統(tǒng) 層 （ 虛 機 器 ） 匯 編 語 言 層 （ 虛 機 器 ） 高 級 語 言 層 （ 虛 機 器 ） 應 用 語 言 層 （ 虛 機 器 ） 翻 譯 （ 應 用 軟 件 包 ） 翻 譯 （ 編 譯 程 序 ） 翻 譯 （ 匯 編 程 序 ） 部 分 解 釋 （ 操 作 系 統(tǒng) ） 解 釋 硬 件 直 接 執(zhí) 行 硬 件 、 軟 件 交 界 面 第 0 級 第 1 級 第 2 級 第 3 級 第 4 級 第 5 級 第 6 級 圖 1-6 計 算 機 系 統(tǒng) 的

34、 多 級 層 次 結 構 2022-5-552 第第 0 級級 硬件操作時序硬件操作時序 實際的硬件層，是硬件組成的實體。實際的硬件層，是硬件組成的實體。 第第 1 級級 微程序機器層微程序機器層實際的硬件層，它由機器硬件直接執(zhí)行微指令。實際的硬件層，它由機器硬件直接執(zhí)行微指令。 第第 2 級級 傳統(tǒng)機器語言層傳統(tǒng)機器語言層實際的硬件層，由微程序解釋機器指令系統(tǒng)。實際的硬件層，由微程序解釋機器指令系統(tǒng)。 第第 3 級級 操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層由操作系統(tǒng)程序實現(xiàn)。操作系統(tǒng)程序是由機器由操作系統(tǒng)程序實現(xiàn)。操作系統(tǒng)程序是由機器指令和廣義指令組成的。其中廣義指令是為擴指令和廣義指令組成的。其中廣義指令是

35、為擴展機器功能而設置的，是由操作系統(tǒng)定義和解展機器功能而設置的，是由操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令。這一層也稱為混合層。釋的軟件指令。這一層也稱為混合層。2022-5-553 第第 4 級級 匯編語言層匯編語言層匯編語言是一種符號形式語言，用戶借此可編匯編語言是一種符號形式語言，用戶借此可編寫匯編語言源程序。這一層由匯編程序支持和寫匯編語言源程序。這一層由匯編程序支持和執(zhí)行。執(zhí)行。 第第 5 級級 高級語言層高級語言層高級語言層為方便用戶編寫各類應用程序而設高級語言層為方便用戶編寫各類應用程序而設置的。它是面向用戶的。該層由各種高級語言置的。它是面向用戶的。該層由各種高級語言編譯程序支持和執(zhí)行。

36、編譯程序支持和執(zhí)行。 第第 6 級級 應用語言層應用語言層應用語言層是直接面向某個應用領域，為方便應用語言層是直接面向某個應用領域，為方便用戶編寫該應用領域的應用程序而設置的。由用戶編寫該應用領域的應用程序而設置的。由相應的應用軟件包支持和執(zhí)行。相應的應用軟件包支持和執(zhí)行。 2022-5-554 高級語言程序高級語言程序CAB 匯編語言程序匯編語言程序MOV AL，AADD AL，BMOV C，AL 機器語言程序機器語言程序1000H000000011001H000000101002H000000000000H101000000001H000000000002H000100000003H000

37、000100004H000000010005H000100000006H100010000007H000001100008H000000100009H000100002022-5-555 在多級層次結構中，第在多級層次結構中，第0、1、2級是級是實機實機器器，上面幾層均為，上面幾層均為虛機器（虛擬機）虛機器（虛擬機）。 虛機器虛機器：是指用軟件技術構成的機器。：是指用軟件技術構成的機器。 虛機器建立在實機器的基礎上，利用軟件虛機器建立在實機器的基礎上，利用軟件技術擴充實機器的功能。從整體看就好像技術擴充實機器的功能。從整體看就好像有了一臺更強功能的機器，所以稱它為虛有了一臺更強功能的機器，所以

38、稱它為虛機器。機器。 機器語言層和操作系統(tǒng)層是虛、實機器的機器語言層和操作系統(tǒng)層是虛、實機器的分界面。分界面。 軟、硬件功能的分配，決定了虛、實機器軟、硬件功能的分配，決定了虛、實機器的界面。的界面。2022-5-556 利用多級層次結構觀點，可以在設計計利用多級層次結構觀點，可以在設計計算機系統(tǒng)時，明確哪些功能由硬件完成，算機系統(tǒng)時，明確哪些功能由硬件完成，哪些功能由軟件完成。同樣還可以明確哪些功能由軟件完成。同樣還可以明確在虛機器中各層次應完成的功能，上級在虛機器中各層次應完成的功能，上級應得到下級的哪些支持。應得到下級的哪些支持。 多級層次結構觀點，對于了解掌握計算多級層次結構觀點，對于

39、了解掌握計算機的組成，設計一個良好的計算機系統(tǒng)機的組成，設計一個良好的計算機系統(tǒng)結構有很大的幫助。結構有很大的幫助。2022-5-5571.4.3 1.4.3 計算機硬件系統(tǒng)的組織計算機硬件系統(tǒng)的組織 如何把五大基本部件互連起來構成計算如何把五大基本部件互連起來構成計算機的硬件系統(tǒng)，是機的硬件系統(tǒng)，是計算機硬件系統(tǒng)的組計算機硬件系統(tǒng)的組織問題織問題。 在計算機的五大部件之間，有大量的信在計算機的五大部件之間，有大量的信息需要傳送，息需要傳送，如何實現(xiàn)信息的傳送，取如何實現(xiàn)信息的傳送，取決于數(shù)據(jù)通路的邏輯結構決于數(shù)據(jù)通路的邏輯結構。 早期的計算機往往在各部件之間直接連早期的計算機往往在各部件之間

40、直接連接傳送線路，數(shù)據(jù)通路復雜、零亂，控接傳送線路，數(shù)據(jù)通路復雜、零亂，控制不便，而且沒有多少擴展余地。制不便，而且沒有多少擴展余地。2022-5-558總線結構總線結構 現(xiàn)在的計算機普遍采用總線結構。現(xiàn)在的計算機普遍采用總線結構。 1.1. 總線總線： 一組可為多個功能部件共享的公共信息傳送線一組可為多個功能部件共享的公共信息傳送線路。路。 2.2. 總線的使用規(guī)定總線的使用規(guī)定 共享總線的各個部件必須分時使用總線發(fā)共享總線的各個部件必須分時使用總線發(fā)送信息，保證總線上的信息在任何時候都是唯送信息，保證總線上的信息在任何時候都是唯一的。一的。 總線上的各個部件可同時接收總線上的信總線上的各個

41、部件可同時接收總線上的信息。息。 總線的使用規(guī)定，保證了總線上的信息不沖突，總線的使用規(guī)定，保證了總線上的信息不沖突，且總線上的各部件可以共享總線信息。且總線上的各部件可以共享總線信息。2022-5-559 按總線的任務分按總線的任務分 (1) CPU內部總線內部總線 這是一級數(shù)據(jù)線，用于連接這是一級數(shù)據(jù)線，用于連接CPU內部各寄內部各寄存器和算術邏輯部件。在微型計算機系統(tǒng)中，存器和算術邏輯部件。在微型計算機系統(tǒng)中，CPU內部總線也就是芯片內的總線。內部總線也就是芯片內的總線。 (2) 部件內總線部件內總線 在計算機中各功能模塊插件上芯片之間的在計算機中各功能模塊插件上芯片之間的總線。屬于芯片

42、間的總線。如內存條、聲卡總線。屬于芯片間的總線。如內存條、聲卡等插件上的總線。等插件上的總線。3. 3. 總線的分類總線的分類2022-5-560 (3)(3)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 連接系統(tǒng)內各大部件如連接系統(tǒng)內各大部件如CPU、主存、主存、I/O設備等設備等的總線，是連接整機系統(tǒng)的基礎。系統(tǒng)總線包的總線，是連接整機系統(tǒng)的基礎。系統(tǒng)總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制括地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制/狀態(tài)總線。狀態(tài)總線。 (4) 外總線外總線 計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的通信總線。外總線往往借用電子工業(yè)領域已的通信總線。外總線往往借用電子工業(yè)領域已有的標

43、準。如有的標準。如RS232串行總線標準。串行總線標準。2022-5-561 按總線上信息傳送的方向分按總線上信息傳送的方向分 (1) (1) 單向總線單向總線 連接在總線上的部件只能有選擇地將連接在總線上的部件只能有選擇地將信息進行單向傳送。如地址總線。信息進行單向傳送。如地址總線。 (2) (2) 雙向總線雙向總線 連接在總線上的任何部件既能通過總連接在總線上的任何部件既能通過總線發(fā)送信息，也能通過總線接受信息。如線發(fā)送信息，也能通過總線接受信息。如數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線。2022-5-562采用總線結構的好處采用總線結構的好處 可以大大減少系統(tǒng)中的信息傳輸線數(shù)，可以大大減少系統(tǒng)中的信息傳輸線

44、數(shù)，減輕發(fā)送部件的負載。減輕發(fā)送部件的負載?？梢院喕布Y構，靈活地修改與擴充可以簡化硬件結構，靈活地修改與擴充系統(tǒng)。系統(tǒng)。2022-5-5634.4. 總線的連接方式總線的連接方式 單機系統(tǒng)中采用的總線類型單機系統(tǒng)中采用的總線類型 (1) (1) 單總線結構單總線結構 用一組系統(tǒng)總線把用一組系統(tǒng)總線把CPU、主存及各種、主存及各種I/O接口接口連接起來。連接起來。 圖 1-7 計算機的單總線結構 接口 CPU 存儲器 接口 I/O 設備 I/O 設備 單總線 2022-5-564 總線上各設備之間（總線上各設備之間（CPU與與MEM、MEM與與I/O、CPU與與I/O、I/O與與I/O）都）

45、都通過單總線交換信息。通過單總線交換信息。 可將可將I/O與存儲器同等對待，統(tǒng)一進行編與存儲器同等對待，統(tǒng)一進行編址。址。 控制簡單，易于擴充?？刂坪唵?，易于擴充。單總線結構的單總線結構的優(yōu)點優(yōu)點2022-5-565單總線結構的單總線結構的缺點缺點 同一時刻只能在一對設備之間或部件之同一時刻只能在一對設備之間或部件之間傳送信息，因此系統(tǒng)速度受到限制。間傳送信息，因此系統(tǒng)速度受到限制。 把主存與把主存與I/O設備同等對待，降低了主存設備同等對待，降低了主存的地位。因為主存與的地位。因為主存與CPU間的信息傳送間的信息傳送要比要比CPU與與I/O設備間的信息傳送頻繁很設備間的信息傳送頻繁很多。多。

46、2022-5-566 (2) (2) 雙總線結構雙總線結構 以以CPU為中心的雙總線結構為中心的雙總線結構 采用以采用以CPU為中心的存儲器總線和為中心的存儲器總線和I/O總線，分總線，分別進行數(shù)據(jù)傳送。別進行數(shù)據(jù)傳送。 以以CPU為中心的雙總線，結構簡單，控制容易。為中心的雙總線，結構簡單，控制容易。但由于但由于I/O設備與主存間的信息傳送都必須通過設備與主存間的信息傳送都必須通過CPU進行，使進行，使CPU要花費大量時間進行信息的要花費大量時間進行信息的輸入輸出處理，從而降低了輸入輸出處理，從而降低了CPU的工作效率。的工作效率。所以只在早期的機器中使用。所以只在早期的機器中使用。2022

47、-5-567以以CPU為中心的雙總線結構為中心的雙總線結構 圖1-9 以CPU為中心的雙總線結構 接口 CPU 存儲器 接口 I/O設備 I/O設備 I/O總線 存儲總線 接口 I/O設備 2022-5-568 面向主存的雙總線結構面向主存的雙總線結構 在單總線的基礎上，在在單總線的基礎上，在CPU與主存之間增加了與主存之間增加了一組存儲器總線，一組存儲器總線，CPU訪存直接通過存儲器總訪存直接通過存儲器總線實現(xiàn)，線實現(xiàn)， 面向主存的雙總線結構保持了單總線結構的優(yōu)面向主存的雙總線結構保持了單總線結構的優(yōu)點，同時由于通過存儲器總線訪存，提高了點，同時由于通過存儲器總線訪存，提高了CPU的訪存速度

48、，也減輕了系統(tǒng)總線的負擔。的訪存速度，也減輕了系統(tǒng)總線的負擔。2022-5-569面向存儲器的雙總線結構 圖1-8 面向存儲器的雙總線結構 接口 CPU 存儲器 接口 I/O設備 I/O設備 系統(tǒng)總線 存儲總線 2022-5-570 (3) (3) 三總線結構三總線結構 在面向主存的雙總線結構的基礎上，增在面向主存的雙總線結構的基礎上，增加加I/O總線，使得總線，使得CPU與主存、主存與與主存、主存與I/O之間均具備獨立的信息傳輸通路。之間均具備獨立的信息傳輸通路。2022-5-571多總線結構2022-5-572 總線結構主要用于微、小型計算機中。對于中總線結構主要用于微、小型計算機中。對于

49、中型、大型計算機系統(tǒng)的構成，主要著重于系統(tǒng)型、大型計算機系統(tǒng)的構成，主要著重于系統(tǒng)功能的擴充和效率的提高。為了增強系統(tǒng)功能，功能的擴充和效率的提高。為了增強系統(tǒng)功能，必然要配置更多的硬件資源和軟件資源。必然要配置更多的硬件資源和軟件資源。 由于由于I/O設備的增多使設備的增多使I/O處理成為又一個十分突處理成為又一個十分突出的問題。出的問題。 許多許多I/O設備由于具有機械動作，其工作速度遠設備由于具有機械動作，其工作速度遠比比CPU的速度低，因此，如何解決速度匹配問題，的速度低，因此，如何解決速度匹配問題，使使CPU與與I/O操作盡可能并行地工作以提高操作盡可能并行地工作以提高CPU的工作效

50、率，成為系統(tǒng)結構中的一個關鍵問題，的工作效率，成為系統(tǒng)結構中的一個關鍵問題，為此提出了為此提出了“通道通道”的概念。的概念。2022-5-5735. 5. 通道通道 通道是一種具有處理機功能的專門用來管理通道是一種具有處理機功能的專門用來管理I/O操作的控制部件。操作的控制部件。 具有通道的計算機系統(tǒng)通常采用主機、通道、具有通道的計算機系統(tǒng)通常采用主機、通道、I/O設備控制器、設備控制器、I/O設備四級連接方式。設備四級連接方式。 通道結構具有較大的變化和擴展余地，通道結構具有較大的變化和擴展余地， 對較小的系統(tǒng)，可將設備控制器與對較小的系統(tǒng)，可將設備控制器與I/O設備合設備合并在一起，將通道

51、與并在一起，將通道與CPU合并在一起。合并在一起。 對較大的系統(tǒng)，則可單獨設置通道。對較大的系統(tǒng)，則可單獨設置通道。 對更大的系統(tǒng)，可將通道發(fā)展為專門的對更大的系統(tǒng)，可將通道發(fā)展為專門的I/O處處理機，甚至更強功能的前端機。理機，甚至更強功能的前端機。2022-5-574 外設 。 I/O控制器 CPU 主 機 圖1-10 大型、中型計算機系統(tǒng)的典型結構 存儲器 通道 通道 I/O控制器 I/O控制器 I/O控制器 外設 外設 外設 外設 外設 外設 外設 。 2022-5-5751.51.5 計算機的特點和性能指標計算機的特點和性能指標 1.5.1 1.5.1 計算機的工作特點計算機的工作特

52、點 1. 1. 能自動連續(xù)地工作能自動連續(xù)地工作 由于計算機采用存儲程序工作方式，一旦由于計算機采用存儲程序工作方式，一旦輸入了編制好的程序，啟動計算機后，它就能輸入了編制好的程序，啟動計算機后，它就能按程序自動地執(zhí)行下去，直到完成預定的任務按程序自動地執(zhí)行下去，直到完成預定的任務為止。除非工作本身要求采用人機對話方式，為止。除非工作本身要求采用人機對話方式，一般在運算處理過程中不需要人的直接干預。一般在運算處理過程中不需要人的直接干預。 能自動連續(xù)地工作是數(shù)字計算機的一個突出特能自動連續(xù)地工作是數(shù)字計算機的一個突出特點。點。2022-5-576 2. 2. 運算速度快運算速度快 由于計算機采

53、用高速的電子器件組成硬件，由于計算機采用高速的電子器件組成硬件，能以極高的速度工作?，F(xiàn)在普通的微機每秒可能以極高的速度工作。現(xiàn)在普通的微機每秒可執(zhí)行數(shù)十萬甚至上億次加減運算，而巨型機每執(zhí)行數(shù)十萬甚至上億次加減運算，而巨型機每秒可完成數(shù)億、數(shù)十億甚至數(shù)萬億次基本運算。秒可完成數(shù)億、數(shù)十億甚至數(shù)萬億次基本運算。隨著計算機體系結構的發(fā)展，更新的技術和更隨著計算機體系結構的發(fā)展，更新的技術和更高速器件的誕生，計算機將達到更高的速度。高速器件的誕生，計算機將達到更高的速度。2022-5-577 3. 3. 運算精度高運算精度高 由于計算機采用二進制數(shù)字表示數(shù)據(jù)，因由于計算機采用二進制數(shù)字表示數(shù)據(jù)，因此它

54、的精度主要取決于表示數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)，此它的精度主要取決于表示數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)，位數(shù)越多，精度越高。所以在計算機中不僅有位數(shù)越多，精度越高。所以在計算機中不僅有單字長運算，為了獲得更高的精度，還可以進單字長運算，為了獲得更高的精度，還可以進行雙倍字長、多倍字長的運算。行雙倍字長、多倍字長的運算。2022-5-578 4. 4. 具有很強的存儲能力和邏輯判斷能力具有很強的存儲能力和邏輯判斷能力 計算機的存儲器具有存儲大量信息的功能，計算機的存儲器具有存儲大量信息的功能，這是數(shù)字計算機的又一主要特點。計算機的許這是數(shù)字計算機的又一主要特點。計算機的許多功能和特點也是由此派生的。由于存儲程序，多功能

55、和特點也是由此派生的。由于存儲程序，所以能自動連續(xù)地工作。存儲容量大，可存儲所以能自動連續(xù)地工作。存儲容量大，可存儲的信息多，計算機功能就越強，使許多信息處的信息多，計算機功能就越強，使許多信息處理得以實現(xiàn)。理得以實現(xiàn)。 2022-5-579 5. 5. 通用性強通用性強 由于計算機具有上面一些特點，使計算機由于計算機具有上面一些特點，使計算機的使用具有很大的靈活性和通用性，能應用于的使用具有很大的靈活性和通用性，能應用于各個科學技術領域，并滲透到社會生活的各個各個科學技術領域，并滲透到社會生活的各個方面。方面。2022-5-5801.5.2 1.5.2 計算機的性能指標計算機的性能指標 1.

56、 基本字長基本字長 基本字長是指參與運算的數(shù)的基本位數(shù)。基本字長是指參與運算的數(shù)的基本位數(shù)。 字長通常是硬件組織的基本單位，它決定著寄字長通常是硬件組織的基本單位，它決定著寄存器、存器、ALU、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，因而直接影響、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，因而直接影響著系統(tǒng)的硬件成本。著系統(tǒng)的硬件成本。 字長標志著計算機系統(tǒng)的字長標志著計算機系統(tǒng)的運算精度運算精度。2022-5-581 例：例：要保證要保證 i 位十進制數(shù)的精度，至少要采用位十進制數(shù)的精度，至少要采用3.3倍倍 i 位二進制數(shù)的位數(shù)，否則精度難以滿足位二進制數(shù)的位數(shù)，否則精度難以滿足要求。要求。 證：當證：當 i 位十進制數(shù)與位十進制數(shù)與 j

57、 位二進制數(shù)比較時，位二進制數(shù)比較時，如果要求如果要求 1010i i 2 2j j 則必須滿足：則必須滿足：3.32ln10lnij 為了適應不同應用需要，兼顧精度和硬件成本，為了適應不同應用需要，兼顧精度和硬件成本，許多計算機都允許變字長運算，例如雙字長運許多計算機都允許變字長運算，例如雙字長運算。算。 常用的字長單位是字節(jié)（常用的字長單位是字節(jié)（8位二進制數(shù)位）。位二進制數(shù)位）。字長單位通常是字節(jié)的倍數(shù)。字長單位通常是字節(jié)的倍數(shù)。2022-5-5822. 2. 主存容量主存容量 主存儲器所能存儲的最大信息量稱為主存容量。主存儲器所能存儲的最大信息量稱為主存容量。 CPU需要執(zhí)行的程序和要

58、處理的數(shù)據(jù)都存放在主需要執(zhí)行的程序和要處理的數(shù)據(jù)都存放在主存中。存中。 主存容量大，就可以運行比較復雜的程序，并可主存容量大，就可以運行比較復雜的程序，并可存入大量信息，可利用更完善的軟件支撐環(huán)境。存入大量信息，可利用更完善的軟件支撐環(huán)境。所以，計算機的處理能力在很大程度上取決于主所以，計算機的處理能力在很大程度上取決于主存容量的大小和速度。存容量的大小和速度。2022-5-583 通常以字節(jié)數(shù)表示主存容量，如通常以字節(jié)數(shù)表示主存容量，如4MB，表，表示可存儲示可存儲4M(1M1024K)個字節(jié)。在以字個字節(jié)。在以字為單位的計算機中常用字數(shù)乘以字長表示為單位的計算機中常用字數(shù)乘以字長表示主存容

59、量，如主存容量，如512K32位。位。 1K2101024 1M220210K 1048576 （兆）（兆） 1G230210M220K 1073741824 （吉吉 ） 1T240 210G 220M 230K 1099511627776 （太太 ） 1P 250 1125899906842624 （皮皮 ）2022-5-584海量存儲海量存儲 1E2601152921504606846976 （萬億兆萬億兆 ） 1Z 270 1Y 280 1N 290 1D 21002022-5-585 1KB：相當于一則短篇故事的內容。：相當于一則短篇故事的內容。 1MB：相當于一則短篇小說的文字內容。

60、：相當于一則短篇小說的文字內容。 1GB：相當于貝多芬第五樂章交響曲的樂譜內：相當于貝多芬第五樂章交響曲的樂譜內容。容。 1TB：相當于一家大型醫(yī)院中所有的：相當于一家大型醫(yī)院中所有的X光圖片資光圖片資訊量。訊量。 1PB：相當于：相當于50%的全美學術研究圖書館藏書的全美學術研究圖書館藏書資訊內容。資訊內容。 1EB：5EB相當于至今全世界人類所講過的話語。相當于至今全世界人類所講過的話語。 1ZB：如同全世界海灘上的沙子數(shù)量總和。：如同全世界海灘上的沙子數(shù)量總和。 2022-5-586 假設假設1TB的數(shù)的數(shù)據(jù)容量是一個據(jù)容量是一個硬盤的體積，硬盤的體積，那么那么那么那么1PB就是一棟樓的