第01章 计算机系统概论

第1章计算机系统概论第1章计算机系统概论第一章计算机系统概论计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，其功能是完成数据的输入、传送、存储、处理和输出。

本章介绍计算机系统的基本组成、层次结构和体系结构，认识计算机体系结构、组成和实现三者之间的关系。

1.1计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成可以分为硬件和软件两部分。

硬件是其物质基础，是软件的载体；软件则是计算机系统的灵魂。

没有硬件，软件就不能运行；没有软件，硬件就发挥不了作用，从而失去存在的价值。

因此二者紧密相关，缺一不可。

1.1.1硬件组成一般来说，计算机的硬件组成可以用图1-1来表示。

对微型机来说，运算器和控制器集成在一块芯片上，称为中央处理部件(cpu)。

cpu和内存储器统称为主机。

输入设备和输出设备统称为外围设备。

所谓输入与输出，是相对于主机系统而言的。

磁盘系统既是输入设备，也是输出设备。

当保存一个文档时，磁盘就是一个输出设备；当打开一个文档时，磁盘就作为输入设备使用。

主机和外围设备组成了计算机的硬件系统。

各部件之间使用三条总线连接，各部件之间就通过这三条总线实现信息传送。

注意，所有外围设备都是通过接口线路和总线连接的。

通常，cpu只与接口打交道(传递信息)，而不与外围设备直接打交道。

数据总线(dbus)是双向总线，在不同时刻可以在不同方向上传递数据，但同一时刻只能在一个方向传递数据。

地址总线(abus)用来选择发送数据或接收数据的地址。

地址总线上的信息通常是由cpu提供的。

当cpu将总线控制权转交给dma控制器时，地址总线上的信息便由dma控制器提供，这时cpu对外表现为高阻态。

dma控制器通常用于控制主机(内存)和高速外围设备(如磁盘)之间的数据传送。

控制总线(cbus)中的大部分信息由cpu提供，也有一些由内存或外围设备提供，但它不是双向总线；在大多数情况下，任何一条控制总线上的信息总是向着一个方向传递。

计算机的主要功能是处理数据。

1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。

解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。

两者主要区别见P1 表1.1。

2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。

通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。

分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。

通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。

3．数字计算机有那些主要应用？（略）4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。

存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。

主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。

5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。

单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。

数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。

指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。

6．什么是指令？什么是程序？解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。

程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。

7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。

8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。

6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。

答：计算机硬件组成框图如下：控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设各部件的作用如下：控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。

运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。

存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。

输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。

输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。

计算机系统的主要技术指标有：机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。

通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。

机器字长也会影响计算机的运算速度。

数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。

存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。

一般包含主存容量和辅存容量。

运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。

用一段文字简述“第1章计算机系统概论”学到的知识
点
第1章计算机系统概论主要介绍了计算机系统的基本概念和组成部分。

学习了本章后，我们获得了以下知识点：
1.计算机系统的组成：计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。

其中硬件系统包括了计算机的主机、外设、中央处理器等；软件系统则是
指操作系统和应用软件等。

2.计算机系统的层次结构：计算机系统可以分为四个层次：底层硬件、操作系统、应用程序和用户。

每一层都有自己的功能和相应的软件支持。

3.计算机的基本组成：计算机由多个部件组成，包括中央处理器、内存、输入设备和输出设备。

中央处理器是计算机的核心，负责处理和执行
程序；内存用于存储数据和程序；输入设备用于接收外部输入；输出设备
用于将计算机处理结果输出给外部。

4.存储技术：计算机系统中的存储技术主要包括主存储器和辅助存储器。

主存储器是计算机中的内存，用来暂时存储程序和数据；辅助存储器
则是永久性存储介质，如硬盘、光盘等。

5.输入输出系统：计算机的输入输出系统是将外部输入转换成计算机
可处理的数据，并将处理结果输出给外部的过程。

输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

总之，通过学习第1章计算机系统概论，我们了解了计算机系统的基
本概念、组成部分和层次结构，以及计算机的基本组成、存储技术和输入
输出系统。

这是我们理解计算机系统运行原理和使用计算机的基础知识。

1章计算机系统概论 (2)1.1 计算机的发展与应用 (2)1.1.1 计算机发展 (2)1.1.2计算机应用 (2)1.2 计算机系统的组成 (3)1.2.1存储程序与冯.诺依曼计算机 (3)1.2.2计算机的硬件系统 (3)1.2.3计算机的软件系统 (4)1.2.4硬件和软件的逻辑等价性 (5)1.3 计算机系统的层次结构 (5)1.4 计算机的特点、性能指标及分类 (6)1.4.1计算机的工作特点 (6)1.4.2计算机的性能指标 (6)第1章计算机系统概论本章内容为计算机组成原理课程的预备性知识。

重点：冯•诺依曼计算机的组成，计算机的层次构，软件与硬件的逻辑等价性1.1 计算机的发展与应用1.1 计算机发展计算机（Computer）在程序的控制下能快速、高效地自动完成信息的处理、加工、存储或传送。

世界上第一台电子数字计算机是1946年2月问世的ENIAC。

第一代计算机（1946～1957）──电子管时代。

第二代计算机（1958～1964）──晶体管时代。

第三代计算机（1965～1971）──中小规模集成电路时代。

第四代计算机（1972～）──超大规模集成电路时代。

在微型计算机的发展过程中，微处理器制造商Intel，它的产品从世界上第一个8位处理器8080（1974年问世）、准16位微处理器8080/8086（外部数据总线为8位）、16位微处理器80286（主频6MHz,1982年）、32位微处理器80386（主频12.5、33、50MHz,1985年）、80486（主频25、33、50MHz,1989年）、64位微处理器Pentium(80586).年）、PentiumIII、PentiumIV（主频1.3G、1.7G、2.0G、3.5GHz,2000年）。

2004 年6 月：支持超线程（HT）技术的PentiumIV主频突破 3.4 GHz。

2005 年4 月：英特尔推出第一款双核处理器。