補(bǔ)充材料1硬件系統(tǒng)概述

2算機(jī)硬件系統(tǒng)概基礎(chǔ)知計(jì)算機(jī)的發(fā)19462ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAnd4 用機(jī)器語言；可以信息；運(yùn)行速度慢。 磁心器；用匯編語言取代機(jī)器語言。 晶體管；采用半導(dǎo)體器；使用了操作系統(tǒng)等。第四代計(jì)算機(jī)（1972年?現(xiàn)在）——超大規(guī)模集成電路時(shí)代。主要特點(diǎn)：采用集成度很采用 8088處理器的微型計(jì)算機(jī)IBMPC和IBMPC/XT為第一代微型計(jì)算機(jī)采用In80286處理器的微型計(jì)算機(jī)IBMPC/AT為第二代微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱286機(jī)采用 80386處理器的微型計(jì)算機(jī)為第三代微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱386機(jī)釆用In80486處理器的微型計(jì)算機(jī)為第四代微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱486機(jī)Pentium計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)計(jì)算方法科學(xué)。計(jì)算方法由程序體現(xiàn)，一個(gè)算法正確且優(yōu)質(zhì)的程序，再加上數(shù)的計(jì)算功上。其中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包含計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）計(jì)算機(jī)的類型及發(fā)展方分為計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)又可分為巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)圖形工作站、7類。多化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組2.1處理處理ROM(只讀 掃描

2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)2.2134級(jí)是匯編語言級(jí)，它給程序人員提供一種符號(hào)形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜5543 系統(tǒng)軟212.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)示意在如圖2.2所示的多級(jí)結(jié)構(gòu)中，將除硬件系統(tǒng)(1層和第2層)之外的上面3個(gè)層次稱層次劃分也不是。計(jì)算機(jī)的硬件系（1）程序的概計(jì)算機(jī)（指硬件）由運(yùn)算器、器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大基本部件將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入器中，然后再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行，使計(jì)算機(jī)在不需要人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)、告訴地從器中取出指令加以執(zhí)行，這就是前面介紹的四代計(jì)算機(jī)都是建立在程序概念的基礎(chǔ)上的按照這個(gè)基本原理建立起來的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮·5大部件：器、、、2.3器器輸入設(shè)輸入設(shè) 輸出設(shè)2.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組①②運(yùn)算器寄存器、累加器及單元的長(zhǎng)度應(yīng)與ALU（算術(shù)邏輯運(yùn)算部件）的字長(zhǎng)相等或者是它的③控制器外器也是計(jì)算機(jī)中重要的外部設(shè)備它既可以作為輸入設(shè)備也可以作為輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)的軟件系—6類。操作系語言處理程3種。匯編程序的功能是把用匯編語言標(biāo)準(zhǔn)庫程服務(wù)性程（也稱工具軟件數(shù)據(jù)庫管理系計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟軟件與硬件的關(guān)馮?結(jié)構(gòu)及特在計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本部件中，通常把運(yùn)算器和控制器合在一起稱為處理器（CPU),還把CPU、器和輸入輸出接口電路合在一起構(gòu)成的處理系統(tǒng)稱為主機(jī)。設(shè)備一般算機(jī)科學(xué)家馮?等人在早期計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中采用的結(jié)構(gòu)，而且在后來的計(jì)算機(jī)中不斷沿用，被稱為馮?結(jié)構(gòu)。。程序的工作方式，程序中的各條指令按順序串行地執(zhí)行程序方式是指計(jì)算機(jī)完。地完成操作。計(jì)算機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制形式的代碼。運(yùn)算器的基本功運(yùn)算器是完成運(yùn)算功能的部件，主要包括算術(shù)邏輯單元和寄存器。其功能如下器的類型和操器是程序和數(shù)據(jù)的部件，包括主器和輔助器（2）輔助器：主機(jī)外部的器，CPU不能直接。當(dāng)CPU需要存放在外寫操作：將數(shù)據(jù)放入某個(gè)單元中，稱為寫操作讀操作：將單元中的數(shù)據(jù)取出，稱為讀操作。讀操作和寫操作統(tǒng)稱為對(duì)器的。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)研究的內(nèi)(1)計(jì)算機(jī)實(shí)、從邏輯角度研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的構(gòu)成方法，包括數(shù)據(jù)通路的構(gòu)成系、(3)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)馮?結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要的外特馮?結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的主要特性有以下幾點(diǎn)指令和數(shù)據(jù)都以字的方式存放在同一器中，然后才能運(yùn)行，從數(shù)據(jù)和指令本身器是一個(gè)一維的空間，二維或者的數(shù)據(jù)要映射到這個(gè)一維的空間使用低級(jí)及其語言，指令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式表示CPU影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的因（1)（2)（3)（4)間的不平衡性也導(dǎo)致了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。如CPU何器速度之間的差異導(dǎo)致了高速緩（Cache）的出現(xiàn)。此外，器件的發(fā)展還影響到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)的方3分析的方模擬的方測(cè)試的方簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)性能分CPUTCPUTCPUININ表示要執(zhí)行程序中的指令總數(shù)，CPITCCPI是各種指令CPI的平均，可由下式表示nnCPIiCPIi IiiCPIii類指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)，n為程序中所有的指令種類數(shù)，RC為TC的倒數(shù)。MIPST

TE=TCPU,CPU的執(zhí)行時(shí)間。RCTC的倒數(shù)，上式還反MIPSCPI的關(guān)系。MFLOPS

ETE由于程序中浮點(diǎn)運(yùn)算所占的比例各不相同，MFLOPSMFLOPS指標(biāo)MFLOPS值。計(jì)算機(jī)性能評(píng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的衡量尺度是響應(yīng)時(shí)間和吞吐CPU，吞吐率可表示為每秒鐘可執(zhí)行的指計(jì)算機(jī)的性能評(píng)價(jià)有峰值性能和持續(xù)性能兩個(gè)（1)它是指計(jì)算機(jī)在商業(yè)金融貿(mào)易等應(yīng)用場(chǎng)合的處理方式一般運(yùn)行大型數(shù)據(jù)庫，計(jì)算機(jī)性能測(cè)試方（1)用于測(cè)試計(jì)算機(jī)性能的工作負(fù)載類型有指令混合、程序、合成程序和應(yīng)用測(cè)試從實(shí)際應(yīng)用程序中提取出的運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的部分，代表應(yīng)用程序中的常用操作（2)標(biāo)準(zhǔn)化的性能測(cè)試程序通常由一組程序合成程序和應(yīng)用測(cè)試程序構(gòu)成如PEC95對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法有算術(shù)平均幾何平均和調(diào)3A1R111(11...1 n i1

nn(nn(Riin niTi

1/

1/Gm

...nnHmn1nn

T

... i1 i 的算術(shù)平均值 nAmwiRii

i1 的幾何平均值nGRwRwRw... i1 的調(diào)和平均值11Hmnw11

wTw

...w

1 2 ni1

ih上 平均值表達(dá)式中wi1不同的基準(zhǔn)測(cè)試程序采用不同的統(tǒng)計(jì)方法如i采用調(diào)和平均，iCOMP計(jì)算機(jī)主要性能指一個(gè)主器所能的全部信息稱為主存容量它是用每秒能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示，單位是條數(shù)/秒。MIPS典型例例 X3Y3臺(tái)計(jì)算機(jī)的相對(duì)性能。表2-1用兩個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試程序?qū)?臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)試所獲得的運(yùn)行速度值基準(zhǔn)測(cè)試程計(jì)算計(jì)算計(jì)算2-1B1，YX機(jī)的一半，但對(duì)基準(zhǔn)測(cè)試程B2，Y機(jī)速度為X機(jī)的一倍。類似的，對(duì)B1，Z機(jī)速X機(jī)的一倍，對(duì)B2，Z機(jī)XX2-2所示的相對(duì)性能值2-2課件，根據(jù)算術(shù)平均值A(chǔ)m,Y機(jī)和Z機(jī)速度均比X機(jī)要快25%；而根據(jù)幾何平均值，3臺(tái)計(jì)算機(jī)的性能一樣。2-2X機(jī)為基準(zhǔn)進(jìn)行折算得到的相對(duì)性能基準(zhǔn)測(cè)試程計(jì)算計(jì)算計(jì)算如果以Y2-3所示的結(jié)果值。由該結(jié)果值可知，根據(jù)算術(shù)平均值A(chǔ)m，現(xiàn)在X機(jī)速度比Y機(jī)快25%，Z機(jī)似乎更快；而根據(jù)幾何平2-3Y機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算相對(duì)性能值所得到的結(jié)基準(zhǔn)測(cè)試程計(jì)算計(jì)算計(jì)算2.240MHz的處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，它所包含的混合指令數(shù)和相應(yīng)所需2-4CPI，MIPS速率和程序的執(zhí)行時(shí)間。表2-4包含的混合指令數(shù)和響應(yīng)所需的時(shí)鐘周指令類指令混合1

轉(zhuǎn) 存CPI的計(jì)算采用平均的方法，權(quán)重就是每種指令出現(xiàn)的概率，即指令混合比。CPI=1×602×18%+4×12%+8×10%=2.24MIPS速率2.340MHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，它所包含的混合指令數(shù)和相應(yīng)所需的2-5CPI，MIPS速率和程序的執(zhí)行時(shí)間。表2-5包含的混合指令數(shù)和響應(yīng)所需的時(shí)鐘周指令類指令時(shí)鐘周期12上述指令總數(shù)為45000 =100000條4種指令的使用比例分別為45%、32%、15%和8%。MIPS速率=40/1.55=25.8程序的執(zhí)行時(shí)間 ×1.55/(40×106)=3.875×10-3（秒2.415MHz10MIPS混合程序。假定每次器存取周期為1的延遲，試問CPI取需要2個(gè)周期。如果30%的指令中每條只需1次器存取，而另外的5%的每條需2次CPIMIPS1CPICPI=1.5+0.30×(2-1)+0.05×2×(2-根據(jù)MIPS計(jì)算，可得例2.5某臺(tái)計(jì)算機(jī)只有Load/Store指令能對(duì)器進(jìn)行讀/寫操作，其他指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作。根據(jù)程序?qū)嶒?yàn)的結(jié)果，已知每種指令所占的比例及CPI數(shù)如表2-6所示求表中所列情況下的平均CPI假設(shè)程序由M條指令組成。在算術(shù)邏輯運(yùn)算中，25%的指令兩個(gè)操作數(shù)中的一個(gè)已在寄存器中另一個(gè)必須在算術(shù)邏輯指令執(zhí)行前用Load指令從器中取到寄存器中。自器，即寄存器-器類型，假設(shè)這種指令的CPI等于2，同時(shí)，轉(zhuǎn)移指令的CPI變3CPI。表2- 每種指令所占的比例及CPI指令類指令所占比例1Load2Store指22CPI75%43%×75%=33.25%；25%43%×25%=10.75%；Store指令的數(shù)量占12%，轉(zhuǎn)移指令占24%。在新的指令系統(tǒng)中，Load指令的個(gè)數(shù)將減少，總指令數(shù)減為原來總數(shù)的1-Load指令為：10.25%/89.25%=11.48%，CPI2；Store指令為：12%/89.25%=13.45%，CPI為轉(zhuǎn)移指令為：24%/89.25%=26.89%，CPICPICPI=36.13%×1+(12.04%+11.48%+13.45)×2CPI值增加，CPU例2.6假定某計(jì)算機(jī)有以下：25%；CPICPICPI20。CPI3。比較這兩種設(shè)計(jì)方案。CPI(4×25%)+(1.33×75%)CPICPI(3×25%)+(1.33×75%)例2.7馮.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本思想是什么？按此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)本題考查的是程序的概念、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成馮.計(jì)算機(jī)體系的基本思想是：程序，即將用指令序列描述的解題的程序與原始數(shù)據(jù)一起，到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)只要一啟動(dòng)，就能自動(dòng)地一次取出一條條指令并按此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包含：運(yùn)算器、控制器、器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)的各部件按節(jié)拍完成程序規(guī)定的操作內(nèi)容；器用來存放程序、數(shù)據(jù)2.8外，電子計(jì)算機(jī)采用了程序的設(shè)計(jì)思想。通用性。即計(jì)算機(jī)處理的信息不僅可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)邏輯性。邏輯判斷與邏輯運(yùn)算是計(jì)算機(jī)的基本功能之一例2.9按照馮.原理，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)具備哪些功能按照馮.原理，計(jì)算機(jī)必須具有如下功能(2)功能。計(jì)算機(jī)應(yīng)能夠“記住”原始數(shù)據(jù)和解題步驟以及解題過程中的一些中間計(jì)算功能。計(jì)算機(jī)應(yīng)能完成人們所需要的計(jì)算自我控制能力。計(jì)算機(jī)應(yīng)能保證程序執(zhí)行的正確性和各部件之間的協(xié)調(diào)性例2.10計(jì)算機(jī)硬件由5個(gè)基本部分組成，包括 該題為比較簡(jiǎn)單的填空題，只需要了解馮.體系結(jié)構(gòu)，就可以正確地填寫。答案為：運(yùn)算器控制器器輸入設(shè)備輸出設(shè)備例2.14計(jì)算機(jī)軟件總體上分為兩大類，一類為 軟件，而WindowsXP屬于 軟件、多處理軟件、計(jì)算機(jī)輔助軟件等，還包括用戶自行編制的軟件。所以本題答案為：系 應(yīng)用應(yīng) 系CAI為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，屬于應(yīng)用軟件；WindowsXP為操作系統(tǒng)，屬于系統(tǒng)軟例2.11能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別的語言 A．匯編語 B.機(jī)器語C．高級(jí)語 D.應(yīng)用語3類語言B。例2.12計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的器是 B.C．主 D.主器和輔助系統(tǒng)中的器包括主器和輔助器。主器一般采用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)，它位于主板之上，通過系統(tǒng)總線與CPU連接，用于存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。主器的特點(diǎn)是容量小、速度快、斷電后數(shù)據(jù)將丟失。輔助器一般采用磁表面器或光和數(shù)據(jù)。輔助器的特點(diǎn)是容量較大、速度慢、可永久性保存數(shù)據(jù)。所以答案為D本章附錄：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)涉及的基本概控制器、器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成?！具\(yùn)算器】：由算術(shù)邏輯單元（ALU）和寄存器組成的器件【器】：用于程序和數(shù)據(jù)的器件，通常分為主器和輔助器容不變，這樣的器，稱為讀器?！緦懫鳌浚撼说刂泛蛯懶盘?hào)之外還要提供寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫入指定的地址后將替換原來的數(shù)據(jù)，這樣的器，稱為寫器?！咎幚砥鳌浚哼\(yùn)算器和控制器集成在一起形成的部件處理各種中斷、并為用戶提供操作界面的系統(tǒng)軟件。其主要功能有管理、命令處理和設(shè)【CPU】：即處理器(CentralProcessingUnit)，由運(yùn)算器和控制器組成的器件【ALU】：即算術(shù)邏輯單元(ArithmeticandLogicUnit,ALU)，它是運(yùn)算器中具體完成算術(shù)運(yùn)【主機(jī)】：由CPU、器和輸入輸出接口組成的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的【設(shè)備】：是指計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中除主機(jī)之外的所有設(shè)備，包括主機(jī)外設(shè)、【單元地址】：是用二進(jìn)制編碼表示的對(duì)主器各單元統(tǒng)一的編號(hào)01【字節(jié)】：是計(jì)算機(jī)的最小單元，一個(gè)字節(jié)包括8個(gè)二進(jìn)制位【指令流】：在計(jì)算機(jī)工作過程中，在器與CPU之間形成的不斷傳遞的指令序列【數(shù)據(jù)流】：在計(jì)算機(jī)工作過程中，在器與CPU之間形成的不斷傳遞的數(shù)據(jù)序列【主器】：計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)部的器【輔助器】：CPU不能直接的主機(jī)外部的器【并行性】：是指在同一時(shí)刻成兩一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的特性【并發(fā)性】：兩個(gè)或兩個(gè)以上的在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的特性【ROM】：即只讀器。內(nèi)容固定，只能而不能寫入的器【RAM】：即隨機(jī)器。數(shù)據(jù)讀寫時(shí)間均相等，與數(shù)據(jù)的位置無關(guān)的器【SRAM】：即靜態(tài)器。是一種數(shù)據(jù)讀寫速度較