计算机系统结构(尹朝庆)第1章 导论
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《计算机系统结构》电子教案第一章:计算机系统结构概述1.1 计算机系统结构的概念解释计算机系统结构的基本概念强调计算机系统结构在计算机科学中的重要性1.2 计算机系统结构的分类介绍冯·诺伊曼结构介绍哈佛结构介绍堆栈式结构1.3 计算机系统结构的研究内容介绍计算机系统结构的研究内容强调计算机系统结构与计算机组成原理的区别第二章:中央处理器(CPU)2.1 CPU的基本组成介绍CPU的基本组成部件强调控制单元、算术逻辑单元(ALU)、寄存器的作用2.2 指令执行过程解释指令执行的过程强调取指、译码、执行、访存、写回的步骤2.3 CPU性能指标介绍CPU性能指标的概念强调时钟频率、流水线深度、指令吞吐量等指标的重要性第三章:存储系统3.1 存储器层次结构介绍存储器层次结构的概念强调高速缓存(Cache)、主存储器(RAM)、辅助存储器(硬盘、固态硬盘)的关系3.2 缓存机制解释缓存机制的原理强调缓存命中、缓存未命中的概念3.3 虚拟存储器介绍虚拟存储器的概念强调页表、分页机制的作用第四章:输入输出系统4.1 I/O系统的组成介绍I/O系统的组成部件强调I/O设备、I/O控制器、中断处理的作用4.2 中断机制解释中断机制的原理强调中断服务程序、中断优先级的概念4.3 DMA(直接内存访问)介绍DMA的概念强调DMA在数据传输中的优势第五章:总线与接口5.1 总线的概念与分类介绍总线的概念强调总线的作用与分类5.2 总线协议解释总线协议的概念强调地址总线、数据总线、控制总线的作用5.3 接口技术介绍接口技术的基本概念强调串行接口、并行接口、USB接口等常见接口技术的作用第六章:计算机系统性能评估6.1 计算机系统性能评估概述解释计算机系统性能评估的目的和重要性介绍性能评估的基本概念和指标6.2 性能评估指标介绍计算机系统性能评估的主要指标,如CPU性能、内存性能、I/O性能等强调不同指标的重要性和适用场景6.3 性能评估方法介绍常用的性能评估方法,如模拟、基准测试、实证分析等强调评估过程中可能遇到的问题和解决方案第七章:并行计算机系统7.1 并行计算机系统概述解释并行计算机系统的概念和特点强调并行计算的优势和挑战7.2 并行计算机体系结构介绍常见的并行计算机体系结构,如SIMD、MIMD、多核处理器等强调不同体系结构的特点和应用场景7.3 并行算法与编程介绍并行算法的基本概念和设计方法强调并行编程的技巧和挑战第八章:计算机网络基础8.1 计算机网络概述解释计算机网络的概念和作用介绍计算机网络的基本组成和架构8.2 网络协议与分层模型解释网络协议的概念和重要性介绍常见的网络分层模型,如OSI模型和TCP/IP模型8.3 网络互联设备与技术介绍网络互联设备的作用和分类,如交换机、路由器、网桥等强调不同网络技术的特点和应用场景第九章:计算机安全9.1 计算机安全概述解释计算机安全的重要性介绍计算机安全的常见威胁和攻击手段9.2 安全机制与协议介绍计算机安全的基本机制和协议,如加密、身份认证、访问控制等强调不同安全机制的适用场景和局限性9.3 安全实践与策略介绍计算机安全的实践方法和策略强调安全意识和安全措施的重要性第十章:计算机系统发展趋势10.1 计算机系统发展趋势概述介绍计算机系统发展的历史和现状强调未来计算机系统的发展趋势和挑战10.2 新一代计算机体系结构介绍新兴的计算机体系结构,如量子计算机、神经形态计算等强调这些新型计算机体系结构的特点和潜在应用10.3 未来计算机系统技术挑战介绍未来计算机系统可能面临的挑战和问题强调持续研究和创新的重要性重点和难点解析重点环节1:计算机系统结构的概念与重要性需要重点关注的概念:计算机系统结构的基本概念,包括冯·诺伊曼结构、哈佛结构和堆栈式结构等。
《计算机组成原理与结构》重要知识点第一章概论一、基本概念1.冯.诺依曼体制?存储程序方式?冯•诺依曼体制包含三个要点:(1)采用二进制代码表示信息,以便计算机识别;(2)采用存储程序工作方式,才能使计算机自动地对信息进行处理;(3)由存储器、运算器、控制器、输入/输出设备等功能部件组成计算机硬件系统。
存储程序工作方式:事先编制程序,事先存储程序,自动、连续地执行程序。
2.控制流?数据流?控制流:控制计算机工作的信息,即指令或命令。
数据流:计算机加工处理的对象,即数值和非数值数据。
传统的诺依曼机采用控制流(指令流)驱动方式:按指令序列依次读取指令,根据指令所包含的控制信息对数据进行处理,在程序执行过程中,始终由指令流驱动计算机工作。
数据流驱动方式是对传统诺依曼机工作方式的根本改变:只要数据准备好,有关指令就可并行执行,如数据流计算机。
3.模拟信号?数字信号?数字信号有哪两种?模拟信号:在时间上连续变化的电信号,用信号的某些参数模拟信息。
数字信号:在时间上或空间上断续变化的电信号,依靠彼此离散的多位信号的组合表示信息。
数字信号有两种:脉冲信号和电平信号。
脉冲信号:在时间上离散的电信号,利用脉冲的有无表示不同的状态。
电平信号:在空间上离散的电信号,利用信号电平的高低表示不同的状态。
4.总线及其组成?一组能为多个部件分时共享的公共的信息传送线路。
总线由一组传送线与相应控制逻辑构成(包括CPU内设置控制逻辑、总线控制器)。
按照传输的信息类型可分为地址总线、数据总线、控制总线。
5.接口的概念?主机与外设之间的连接逻辑,控制外设的I/O操作。
6.基本字长?一般指参加一次定点运算的操作数的位数。
7.CPU主频?时钟频率?外部频率或基频,也叫系统时钟频率。
CPU主频=外频×倍频系数;CPU主频是指CPU内核的工作频率,即CPU的时钟频率,计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行,每个时钟信号周期完成一步操作,时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。
第一章计算机体系结构导论计算机体系结构是机器语言程序员看到的计算机属性,这些属性是计算机设计的基础。
本章介绍计算机体系结构的基本概念、主要特性及冯•诺依曼型计算机体系结构的改进与发展,讨论影响计算机体系结构发展的主要因素、计算机体系结构并行性发展的技术途径和实现并行处理的历程,阐述计算机体系结构、多机系统和多处理机系统的分类,分析计算机系统结构设计和量化分析的基本方法。
1.1 计算机体系结构的基本概念【问题小贴士】①对于一台汽车,任何使用者所看到的其功能及功能实现操作都是一样的;对于一台计算机(系统),不同使用者所看到的其功能及功能实现操作是一样吗?以应用软件的开发者与使用者为例进行比较,对此应该引入哪些概念去理解呢?②建筑物设计可分为规划设计、土建设计和施工设计等三个层次,计算机(硬件)设计分为哪些层次呢?每个层次需要赋予哪些属性或完成哪些工作呢?③应用PC机开发的软件可以在ARM机上运行吗?如果不可以,怎样去实现呢?对此对计算机软硬有什么要求呢?1.1.1 影响计算机(硬件)性能提高的根本因素计算机在七十多年的发展历程中,可分为两个发展时期。
前三十多年为器件更新换代期,以逻辑器件设计为主体,通过器件个体性能的提高来提高计算机整体性能。
后三十多年为器件组织改进期,以逻辑器件组织为主体,通过器件组合性能的提高来提高计算机整体性能。
当然,器件更新一定促进器件组织的改进;器件组织一定程度上依赖于器件更新。
所以,影响计算机(硬件)性能提高的根本因素为器件更新与器件组织。
1. 器件更新是计算机(硬件)换代的基本标志自1946年第一台电子计算机问世以来,以器件更新为标志,计算机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模超大规模集成电路等四代演变过程。
由于器件的发展及其性能提高,使得计算机在体积、重量、速度、可靠性、稳定性等方面得到极大改善,价格也不断降低。
器件是推动计算机发展的物质基础,器件设计制造的发展,为计算机发展提供必不可少的技术保障。