計算機組成原理第一章系統(tǒng)概述T

1、第第 一章計算機系統(tǒng)概論一章計算機系統(tǒng)概論 一、考試范圍：一、考試范圍：（一）計算機發(fā)展歷程（一）計算機發(fā)展歷程（二）計算機層次結(jié)構(gòu)（二）計算機層次結(jié)構(gòu)1 1、計算機硬件的基本組成、計算機硬件的基本組成2 2、計算機軟件的分類、計算機軟件的分類3 3、計算機的工作過程、計算機的工作過程（三）計算機性能指標（三）計算機性能指標 吞吐量、響應(yīng)時間；吞吐量、響應(yīng)時間；CPUCPU時鐘周期、主頻、時鐘周期、主頻、CPICPI、CPUCPU執(zhí)行時間；執(zhí)行時間；MIPSMIPS、MFLOPSMFLOPS。1 二、復習要點二、復習要點 了解計算機發(fā)展歷程了解計算機發(fā)展歷程了解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的硬

2、件基本組了解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的硬件基本組成、軟件分類和工作過程。成、軟件分類和工作過程。了解計算機性能指標及有關(guān)的計算和術(shù)語解釋了解計算機性能指標及有關(guān)的計算和術(shù)語解釋 軟件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。軟件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。高級語言、匯編語言、機器語言。高級語言、匯編語言、機器語言。存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲字、存儲字存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲字、存儲字長、存儲容量。長、存儲容量。機器字長、指令字長、存儲字長。機器字長、指令字長、存儲字長。1.英文縮寫：英文縮寫：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MAR、MDR、IO、MIPS、CPI、MIPS、MIPS。2一

3、、硬件的發(fā)展一、硬件的發(fā)展第一代第一代 電子管時代電子管時代(1946-1957) 耗電高，體積大，定點計算，機器語言，匯編語言耗電高，體積大，定點計算，機器語言，匯編語言第二代第二代 晶體管時代晶體管時代(1958-1964) 變集中處理為分級處理，浮點運算、高級語言變集中處理為分級處理，浮點運算、高級語言第三代第三代 中小規(guī)模集成電路時代中小規(guī)模集成電路時代(1965-1971) 存儲容量大，運算速度快，幾十至幾百萬次存儲容量大，運算速度快，幾十至幾百萬次/秒秒第四代第四代 大規(guī)模集成電路時代大規(guī)模集成電路時代(1971至今至今) 向大型機和微型機兩個方向發(fā)展向大型機和微型機兩個方向發(fā)展現(xiàn)

4、代計算機發(fā)展方向現(xiàn)代計算機發(fā)展方向 巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化，多核。巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化，多核。3二、計算機的分類二、計算機的分類信號類型分類：模擬計算機和數(shù)字計算機。信號類型分類：模擬計算機和數(shù)字計算機。規(guī)模分類：嵌入式、單片機、微型機、小型機、中規(guī)模分類：嵌入式、單片機、微型機、小型機、中型機、大型機和巨型機。型機、大型機和巨型機。發(fā)展歷程分：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模發(fā)展歷程分：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路計算機。集成電路和超大規(guī)模集成電路計算機。指令流和數(shù)據(jù)流：指令流和數(shù)據(jù)流：1）單指令流和單數(shù)據(jù)流）單指令流和單數(shù)

5、據(jù)流SISD（馮（馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)）；諾依曼體系結(jié)構(gòu)）；2）單指令流和多數(shù)據(jù)流）單指令流和多數(shù)據(jù)流SIMD（向量處理機）；（向量處理機）；3）多指令流和單數(shù)據(jù)流）多指令流和單數(shù)據(jù)流MISD（實際不存在）；（實際不存在）；4）多指令流和多數(shù)據(jù)流）多指令流和多數(shù)據(jù)流MIMD（多處理機和多計算機（多處理機和多計算機系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。4一、一、 計算機硬件的基本組成計算機硬件的基本組成 1、 馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機 1945年，馮年，馮諾依曼提出了存儲程序的概念，即將程諾依曼提出了存儲程序的概念，即將程序和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，稱為馮序和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，稱為馮.諾依曼機。諾依曼機。其特點

6、為：其特點為： (1)計算機硬件由運算器、存儲器、控制器和輸入設(shè)計算機硬件由運算器、存儲器、控制器和輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成。備、輸出設(shè)備五大部件組成。 (2)指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器內(nèi)并可按地指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器內(nèi)并可按地址尋訪。址尋訪。5 (3)指令和數(shù)據(jù)均用二進制代碼表示。指令和數(shù)據(jù)均用二進制代碼表示。 (4)指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置。的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置。 (5)指令在存儲器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)指令在存儲器內(nèi)按順序存放。通

7、常，指令是順序執(zhí)行的，在特定條件下，可根據(jù)運算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的行的，在特定條件下，可根據(jù)運算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序。條件改變執(zhí)行順序。 (6)早期的馮早期的馮.諾依曼機以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備諾依曼機以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備通過運算器與存儲器傳送數(shù)據(jù)。通過運算器與存儲器傳送數(shù)據(jù)。62 2、 計算機硬件的組成計算機硬件的組成 CPU（包括運算器和控制器）（包括運算器和控制器） 存儲器存儲器 ROM RAM 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備(I/O設(shè)備設(shè)備) 總線總線 DBUS ABUS CBUS7運算器運算器和控制和控制器器 CPU存儲器存儲器輸入輸輸入輸出設(shè)備出設(shè)備8算術(shù)運算算術(shù)運

8、算邏輯運算邏輯運算存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)和程序和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機將信息轉(zhuǎn)換成機器能識別的形式器能識別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式人們熟悉的形式指揮程序指揮程序運行運行存儲器存儲器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備9操作系統(tǒng)或管理軟件操作系統(tǒng)或管理軟件匯編程序匯編程序 高級語言的編譯或解釋程序高級語言的編譯或解釋程序故障診斷或檢驗程序故障診斷或檢驗程序系統(tǒng)調(diào)試程序系統(tǒng)調(diào)試程序 數(shù)據(jù)庫管理程序數(shù)據(jù)庫管理程序 使用者根據(jù)需要采用各類語言使用者根據(jù)需要采用各類語言編寫的各種應(yīng)用程序，包括各編寫的各種應(yīng)用程序，包括各類應(yīng)用軟件包類應(yīng)用軟件包 沒有配備任何軟件的沒有配備任

9、何軟件的“裸機裸機”無法投入使用，沒有無法投入使用，沒有配備足夠的軟件，其功能就不能很好的發(fā)揮。配備足夠的軟件，其功能就不能很好的發(fā)揮。計算機軟計算機軟件的分類如下：件的分類如下： 計算機的語言簡介計算機的語言簡介10人類相互交流信息所用的語言人類相互交流信息所用的語言由于當前的計算機還不具備理解自然由于當前的計算機還不具備理解自然 語言的能力，于是人們希望找到一種和自然語言語言的能力，于是人們希望找到一種和自然語言 接近并能為計算機接受的語言，這種語言被稱為接近并能為計算機接受的語言，這種語言被稱為 計算機的高級語言計算機的高級語言 。用助記符和符號地址表示的語言，屬于用助記符和符號地址表示

10、的語言，屬于低級語言。低級語言。然而目前的通用計算機不會直接執(zhí)行用高級語然而目前的通用計算機不會直接執(zhí)行用高級語言編寫的程序，因而要先將其翻譯成機器能執(zhí)行的語言，言編寫的程序，因而要先將其翻譯成機器能執(zhí)行的語言，這種語言被稱為機器語言（由二進制代碼表示的指令組這種語言被稱為機器語言（由二進制代碼表示的指令組成）。成）。 三、三、計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)它由硬件和計算機系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)它由硬件和軟件兩大部分組成。讀者必頒清楚地認識到硬件和軟軟件兩大部分組成。讀者必頒清楚地認識到硬件和軟件各自在計算機系統(tǒng)中的地位和作用以及它們相互之件各自在計算機

11、系統(tǒng)中的地位和作用以及它們相互之間的依存關(guān)系。間的依存關(guān)系。 硬件是指計算機的實體部分。它由看得見摸得著硬件是指計算機的實體部分。它由看得見摸得著的各種電子元器件及各類光、電、機設(shè)備的實物組成，的各種電子元器件及各類光、電、機設(shè)備的實物組成，包括主機、外設(shè)等。包括主機、外設(shè)等。 軟件是看不見摸不著的，由人們事先編制成的具軟件是看不見摸不著的，由人們事先編制成的具有各類特殊功能的信息組成。通常把這些信息，諸如有各類特殊功能的信息組成。通常把這些信息，諸如各類程序存儲于各類媒體中，如各類程序存儲于各類媒體中，如RAMRAM、ROMROM、磁盤、光、磁盤、光盤、磁帶甚至紙帶等。盤、磁帶甚至紙帶等。

12、11 硬件必須依靠軟件來發(fā)揮其自身的各種功能及硬件必須依靠軟件來發(fā)揮其自身的各種功能及提高自身的工作效率。軟件甚至還能使硬件發(fā)揮類提高自身的工作效率。軟件甚至還能使硬件發(fā)揮類似人腦思維的功能。計算機系統(tǒng)倘若失去了軟件，似人腦思維的功能。計算機系統(tǒng)倘若失去了軟件，其硬件將一籌莫展，猶如人類失去了大腦。而軟件其硬件將一籌莫展，猶如人類失去了大腦。而軟件必須依托硬件的支撐才能真正施展其才華，一旦失必須依托硬件的支撐才能真正施展其才華，一旦失去了硬件，猶如人類失去了軀體，軟件也毫無意義。去了硬件，猶如人類失去了軀體，軟件也毫無意義。因此，計算機系統(tǒng)的軟、硬件互依互存，互相發(fā)展，因此，計算機系統(tǒng)的軟、硬

13、件互依互存，互相發(fā)展，缺一不可。缺一不可。1213高級語言高級語言虛擬機器虛擬機器 M3匯編語言匯編語言虛擬機器虛擬機器 M2機器語言機器語言實際機器實際機器 M1微指令系統(tǒng)微指令系統(tǒng)微程序機器微程序機器 M014用編譯程序翻譯用編譯程序翻譯成匯編語言程序成匯編語言程序用匯編程序翻譯用匯編程序翻譯成機器語言程序成機器語言程序用機器語言解釋操作系統(tǒng)用機器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機器指令用微指令解釋機器指令由硬件直接執(zhí)行微指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟軟件件硬硬件件虛擬機器虛擬機器 M4虛擬機器虛擬機器 M3虛擬機器虛擬機器 M2實際機器實際機器 M1微程序機器微程序機器 M015程序員所見到的計

14、算機系統(tǒng)的屬性程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計算機計算機體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)計算機計算機組成組成實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無乘法指令有無乘法指令如何實現(xiàn)乘法指令如何實現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/O機理）機理）（具體指令的實現(xiàn)）（具體指令的實現(xiàn)）計算機體系結(jié)構(gòu)和計算機組成計算機體系結(jié)構(gòu)和計算機組成四、計算機的工作過程四、計算機的工作過程 本節(jié)要求讀者掌握一個較細化的計算機組成框圖，如本節(jié)要求讀者掌握一個較細化的計算機組成框圖，如下圖所示。而且要求根據(jù)此圖描述計算機內(nèi)部的控

15、制下圖所示。而且要求根據(jù)此圖描述計算機內(nèi)部的控制流和數(shù)據(jù)流的變化，從而初步認識計算機內(nèi)部的工作流和數(shù)據(jù)流的變化，從而初步認識計算機內(nèi)部的工作過程。過程。 圖中主存儲器由存儲體圖中主存儲器由存儲體M、MAR和和MDR組成。存儲組成。存儲體由很多存儲單元組成，用來存放指令或數(shù)據(jù)，體由很多存儲單元組成，用來存放指令或數(shù)據(jù)，MAR存放欲訪問的存儲單元的地址，存放欲訪問的存儲單元的地址，MDR存放從存儲單元存放從存儲單元讀出的信息或即將存入某存儲單元的信息。運算器由讀出的信息或即將存入某存儲單元的信息。運算器由累加器累加器Acc、操作數(shù)寄存器、操作數(shù)寄存器x和算術(shù)邏輯部件和算術(shù)邏輯部件ALU組成，組成，

16、用來完成算術(shù)運算和邏輯運算。控制器由用來完成算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破饔蒔C、IR、CU組成，組成，PC存放欲執(zhí)行指令的地址，存放欲執(zhí)行指令的地址，IR存放欲執(zhí)行的指存放欲執(zhí)行的指令，令，CU用來發(fā)出各種操作命令。用來發(fā)出各種操作命令。16171.上機前的準備上機前的準備 建立數(shù)學模型建立數(shù)學模型 - -+ +- -+ +- -= =!x9!x7!x5!x3xx9753sin 編制解題程序編制解題程序 確定計算方法確定計算方法程序程序 運算的運算的 全部步驟全部步驟0, 1, 2,)( )(21nyn xynx= =+ += =指令指令 每每 一個步驟一個步驟（一）、計算機的工作步驟（一）、計

17、算機的工作步驟取取x 至運算器中至運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中乘以乘以a 在運算器中在運算器中存存ax2 在存儲器中在存儲器中取取b 至運算器中至運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中加加ax2 在運算器中在運算器中加加c 在運算器中在運算器中= (ax + b)x + c 取取x 至運算器中至運算器中乘以乘以a 在運算器中在運算器中加加b 在運算器中在運算器中乘以乘以x 在運算器中在運算器中加加c 在運算器中在運算器中計算計算 ax2 + bx + c編程舉例編程舉例000001 0000001000打印打印 停機停機取數(shù)取數(shù) ACC存數(shù)存數(shù) ACC 加加 ACC+ ACC乘乘

18、 ACC ACC指令格式舉例指令格式舉例操作碼操作碼地址碼地址碼 打印機打印機指令和數(shù)據(jù)存于指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址主存單元的地址 指令指令 注釋注釋操作碼操作碼 地址碼地址碼 00000010000001000取數(shù)取數(shù)x至至ACC 10001000000001001乘乘a得得ax存于存于ACC中中 20000110000001010加加b得得ax+b,存于存于ACC中中 30001000000001000乘乘x得（得（ax+b)x,存于存于ACC中中 40000110000001011加加c得得ax2 + bx + c,存于存于ACC 50000100000001100將將ax2 + b

19、x + c存于主存單元存于主存單元 60001010000001100打印打印 7000110停機停機 8 x原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)x 9 a原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)a 10 b原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)b 11 c原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)c 12存放結(jié)果存放結(jié)果計算計算 ax2 + bx + c 程序清單程序清單 ACC MQ X2.計算機的解題過程計算機的解題過程(1)運算器的基本組成及操作過程運算器的基本組成及操作過程被加數(shù)被加數(shù)被減數(shù)被減數(shù)被除數(shù)被除數(shù)乘數(shù)乘數(shù)商商加數(shù)加數(shù)減數(shù)減數(shù)被乘數(shù)被乘數(shù)除數(shù)除數(shù)加法加法減法減法乘法乘法除法除法和和差差余數(shù)余數(shù)乘積高位乘積高位乘積低位乘積低位運算器MQACCALUX運算器MQACC

20、ALUXACC 被加數(shù)被加數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) 加法操作過程加法操作過程ACC+XALUM XXACCACC指令指令 加加M 減法操作過程減法操作過程運算器MQACCALUX指令指令 減減MACC 被減數(shù)被減數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) M XXACC-XALUACCACC運算器MQACCALUXACCACC 被乘數(shù)被乘數(shù)初態(tài)初態(tài) ACCMQMMQ指令指令 乘乘M 乘法操作過程乘法操作過程XACCX00ACCALUXMQACCMQACCMQ運算器MQACCALUXACC 被除數(shù)被除數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) ACCXALUMQACCMQ余數(shù)在余數(shù)在ACC中中指令指令 除除MM XX 除法操作過程除法操作過程存儲體存儲體

21、大樓大樓存儲單元存儲單元 存放一串二進制代碼存放一串二進制代碼存儲字存儲字 存儲單元中二進制代碼的組合存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長存儲字長 存儲單元中二進制代碼的位數(shù)存儲單元中二進制代碼的位數(shù)每個存儲單元賦予一個地址號每個存儲單元賦予一個地址號按地址尋訪按地址尋訪 存儲單元存儲單元 存儲元件存儲元件（0/1） 房間房間 床位床位（無人（無人/ 有人）有人）(2)存儲器的基本組成存儲器的基本組成主存儲器主存儲器存儲體存儲體MAR MDRMARMDR 存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù) 16存儲字長存儲字長 8 設(shè)設(shè) MAR = 4 位位 MDR = 8 位位存儲器地址寄存器存儲器地址寄存器反映存儲單

22、元的個數(shù)反映存儲單元的個數(shù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器存儲器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲字長反映存儲字長(2)存儲器的基本組成存儲器的基本組成主存儲器主存儲器存儲體存儲體MAR MDR取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令PCIRCU取指取指執(zhí)行執(zhí)行PC 存放當前欲執(zhí)行指令的地址存放當前欲執(zhí)行指令的地址 具有計數(shù)功能（具有計數(shù)功能（PC）+ 1 PCIR 存放當前欲執(zhí)行的指令存放當前欲執(zhí)行的指令訪存訪存訪存訪存完成完成一條一條指令指令(3)控制器的基本組成控制器的基本組成PCIRCU12356789以取數(shù)指令為例以取數(shù)指令為例4(4)主機完成一條指令的過程主機完成一條指令的過程CU控制單元主存儲器MDRMAR

23、存儲體CPUPC控制器IR運算器MQACCALUXI/O12356798以存數(shù)指令為例以存數(shù)指令為例4CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR運算器MQACCALUXI/O(4)主機完成一條指令的過程主機完成一條指令的過程(5) ax2 + bx + c 程序的運行過程程序的運行過程 將程序通過輸入設(shè)備送至計算機將程序通過輸入設(shè)備送至計算機 程序首地址程序首地址 打印結(jié)果打印結(jié)果 分析指令分析指令 取指令取指令 停機停機 啟動程序運行啟動程序運行,(PC )+ 1 PC 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDR ACCPC 計算機的工

24、作過程是本章的重點。人們需將事先編計算機的工作過程是本章的重點。人們需將事先編好的程序好的程序(指令序列指令序列)送至計算機的存儲器內(nèi)，然后計算送至計算機的存儲器內(nèi)，然后計算機按此指令序列逐條完成全部指令的功能，直至程序結(jié)機按此指令序列逐條完成全部指令的功能，直至程序結(jié)束。因此，要了解計算機的工作過程，必須首先了解計束。因此，要了解計算機的工作過程，必須首先了解計算機完成一條指令的信息流程。算機完成一條指令的信息流程。 1）完成一條指令的信息流程）完成一條指令的信息流程 以取數(shù)指令以取數(shù)指令(即將指令地址碼指示的存儲單元中的操作即將指令地址碼指示的存儲單元中的操作數(shù)取出后送至運算器的數(shù)取出后送

25、至運算器的ACC中中)為例為例,其信息流程是：其信息流程是： 取指令取指令 PC MAR M MDR IR 分析指令分析指令 OP(IR) CU 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 Ad(IR) MAR M MDR ACC 此外，每完成一條指令，還必須為取下條指令作準備，此外，每完成一條指令，還必須為取下條指令作準備，形成下一條指令的地址，即形成下一條指令的地址，即(PC)+1 PC。33 2） 計算機的工作過程計算機的工作過程 計算機的工作過程實質(zhì)就是不斷從存儲器中逐條計算機的工作過程實質(zhì)就是不斷從存儲器中逐條取出指令，送至控制器，經(jīng)分析后由取出指令，送至控制器，經(jīng)分析后由CU發(fā)出各種操作發(fā)出各種操作命令，指

26、揮各部件完成各種操作，直至程序中全部指命令，指揮各部件完成各種操作，直至程序中全部指令執(zhí)行結(jié)束。令執(zhí)行結(jié)束。34 計算機的性能是由多項技術(shù)指標綜合確定的。硬件的計算機的性能是由多項技術(shù)指標綜合確定的。硬件的主要技術(shù)指標有：主要技術(shù)指標有： 機器字長機器字長：CPUCPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)。通常與通用寄一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)。通常與通用寄存器的位數(shù)有關(guān)。存器的位數(shù)有關(guān)。 存儲容量存儲容量：包括主存容量和輔存容量。：包括主存容量和輔存容量。 運算速度運算速度：與主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的：與主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度等許多因數(shù)有關(guān)?，F(xiàn)在普遍采用單位時間內(nèi)執(zhí)行速度等許多因數(shù)有關(guān)。

27、現(xiàn)在普遍采用單位時間內(nèi)執(zhí)行指令的平均條數(shù)來衡量，并用指令的平均條數(shù)來衡量，并用MIPSMIPS作為計量單位，即作為計量單位，即每秒執(zhí)行百萬條指令。也有用每秒執(zhí)行百萬條指令。也有用CPICPI及執(zhí)行一條指令所需及執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù)，或用的時鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù)，或用FLOPSFLOPS即每條浮點即每條浮點運算次數(shù)來衡量運算速度。運算次數(shù)來衡量運算速度。 吞吐量吞吐量：計算機系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出：計算機系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率，它主要取決于主存的存取周期。系統(tǒng)的信息的速率，它主要取決于主存的存取周期。35f=CPIMIPS10636四、

28、四、例例 題題 精精 選選（一）單項選擇題（一）單項選擇題完整的計算機系統(tǒng)應(yīng)包括完整的計算機系統(tǒng)應(yīng)包括 。 A 運算器、存儲器、控制器運算器、存儲器、控制器 B 外部設(shè)備和主機外部設(shè)備和主機 C 主機和實用程序主機和實用程序 D配套的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)配套的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng) 2. 至今為止，計算機中的所有信息仍以二進制方式表示的理至今為止，計算機中的所有信息仍以二進制方式表示的理由是由是 。 A節(jié)約元件節(jié)約元件 B 運算速度快運算速度快 C 物理器件的性能決定物理器件的性能決定 D 信息處理方便信息處理方便3. 從器件角度看，計算機經(jīng)歷了四代變化。但從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，從器件角度看，計算機經(jīng)歷了四

29、代變化。但從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，至今絕大多數(shù)計算機仍屬于至今絕大多數(shù)計算機仍屬于 型計算機。型計算機。 A.并行并行 B.馮馮.諾依曼諾依曼 C.智能智能 D.實時處理實時處理 37DCB4. 馮馮諾依曼機工作的基本方式的特點是諾依曼機工作的基本方式的特點是 。 A. 多指令流單數(shù)據(jù)流多指令流單數(shù)據(jù)流 B. 按地址訪問并順序執(zhí)行指令按地址訪問并順序執(zhí)行指令 C. 堆棧操作堆棧操作 D. 存貯器按內(nèi)容選擇地址存貯器按內(nèi)容選擇地址5. 帶有處理器的設(shè)備一般稱為帶有處理器的設(shè)備一般稱為 設(shè)備。設(shè)備。 A 智能化；智能化； B 交互式；交互式； C 遠程通信；遠程通信； D過程控制。過程控制。6. 用于筆記本

30、電腦的外存儲器是用于筆記本電腦的外存儲器是 。 A 軟磁盤軟磁盤 B 硬磁盤硬磁盤 C 固態(tài)盤固態(tài)盤 D 光盤光盤 7. 馮馮. 諾依曼型計算機的基本工作方式是諾依曼型計算機的基本工作方式是 。 A. 微程序方式微程序方式 B. 控制流啟動方式控制流啟動方式 C. 多指令流多數(shù)據(jù)流方式多指令流多數(shù)據(jù)流方式 D. 數(shù)據(jù)流啟動方式數(shù)據(jù)流啟動方式38BACB（二）綜合應(yīng)用題（二）綜合應(yīng)用題 1.1 什么是計算機系統(tǒng)什么是計算機系統(tǒng)?說明計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。說明計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。 答：計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件。答：計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件。 計算機系統(tǒng)通常有六個層次，由下至上可排序為：計算機系統(tǒng)

31、通常有六個層次，由下至上可排序為： 第一級微程序機器級，微指令由硬件直接執(zhí)行；第一級微程序機器級，微指令由硬件直接執(zhí)行； 第二級傳統(tǒng)機器級，用微程序解釋機器指令；第二級傳統(tǒng)機器級，用微程序解釋機器指令； 第三級操作系統(tǒng)級，一般用機器語言程序解釋作業(yè)控制語句；第三級操作系統(tǒng)級，一般用機器語言程序解釋作業(yè)控制語句；第四級匯編語言機器級，這一級由匯編程序支持和執(zhí)行；第四級匯編語言機器級，這一級由匯編程序支持和執(zhí)行； 第五級高級語言機器級，采用高級語言，由各種高級語言編譯第五級高級語言機器級，采用高級語言，由各種高級語言編譯程序支持和執(zhí)行。程序支持和執(zhí)行。 第六級應(yīng)用語言機器級，采用各種面向問題的應(yīng)用

32、語言。第六級應(yīng)用語言機器級，采用各種面向問題的應(yīng)用語言。39 1.2 畫出計算機硬件基本組成框圖，通過解題過程說畫出計算機硬件基本組成框圖，通過解題過程說明每一功能部件的作用及它們之間的信息流向。明每一功能部件的作用及它們之間的信息流向。 答：計算機硬件系統(tǒng)由五大部件組成?？刂破髦笓]各答：計算機硬件系統(tǒng)由五大部件組成?？刂破髦笓]各部件協(xié)調(diào)工作；運算器能完成算術(shù)運算和邏輯運算；部件協(xié)調(diào)工作；運算器能完成算術(shù)運算和邏輯運算；存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)；輸入設(shè)備可將人們熟悉存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)；輸入設(shè)備可將人們熟悉的信息轉(zhuǎn)換成機器能識別的信息；輸出設(shè)備可將機器的信息轉(zhuǎn)換成機器能識別的信息；輸出設(shè)備

33、可將機器運行結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們能接受的信息。運行結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們能接受的信息。40計算機硬件系統(tǒng)組成計算機硬件系統(tǒng)組成41 1.3 什么是硬件什么是硬件?什么是軟件什么是軟件?兩者誰更重要兩者誰更重要? 為什么？為什么？ 答：硬件是計算機系統(tǒng)的實體部分，它由看得見摸得答：硬件是計算機系統(tǒng)的實體部分，它由看得見摸得著的各種電子元器件及各類光、電、機設(shè)備的實物組著的各種電子元器件及各類光、電、機設(shè)備的實物組成，包括主機和外部設(shè)備等。成，包括主機和外部設(shè)備等。 軟件是指用來充分發(fā)揮硬件功能，提高機器工作效軟件是指用來充分發(fā)揮硬件功能，提高機器工作效率，便于人們使用機器，指揮整個計算機系統(tǒng)工作的率，便于人們使用機器，指揮整個計算機系統(tǒng)工