02计算机系统概述

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1、微机原理(计算机原理)第2讲计算机系统概述1第2讲计算机系统概述计算机的类型计算机的组成计算机系统计算机内信息的表示清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋2计算机的类型按应用领域划分桌面计算机企业级计算机嵌入式计算机清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋3桌面计算机台式机笔记本工作站——具有较强图形、图像与视频处理能力的高性能专用计算机设计者考虑的因素：性能价格比性能——良好的交互性能(例如图形用户界面)、支持大量的外部设备价格——500$～10000$清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋4企业级计算

2、机1.服务器——例如局域网服务器和Internet服务器。有一个或多个CPU、GB级的内存、几百GB级的磁盘以及高速网络处理能力。能够同时处理几十或上百个外部请求2.机群系统——由PC机或工作站通过Gbps级的网络连接而成，运行专门的操作系统使所有机器协同完成计算任务。机群系统具有良好的可扩展性，可以很容易扩展机器数量机群系统与网络系统的区别：在用户看来机群系统就像一个普通的单机系统清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋5企业级计算机3.大型机(mainframe)大都是IBM360的后代，仍然在一些大型机

3、构的数据中心运行着，有些大型主机的持续运行时间已经超过了20年大型主机所具有的良好的稳定性和巨大的I/O处理能力是PC机望尘莫及的——对于企业级的应用而言，这些特性的重要性远远高于花里胡哨的GUIIBM390清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋6企业级计算机设计者考虑的因素1.可用性——系统提供有效服务的能力可用性不同于可靠性，可靠性指系统不出现故障的能力。任何系统都可能出故障，但是企业级计算机系统要确保在部件出现故障的情况下保证系统提供有效服务，通常通过冗余来实现2.可扩展性——为满足服务需求的增长，企

4、业级计算机必须具有升级计算能力、内存和磁盘容量以及I/O带宽的能力3.吞吐量——单位时间内处理的事务数量清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋7嵌入式计算机嵌入在其他设备中，不以计算机的形态出现的计算机电话交换设备印刷机零售设备复印机互联网路由器移动通信机顶盒智能卡计算机外设清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋8嵌入式计算机嵌入式计算机的应用领域ARM微处理器市场细分清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋9嵌入式计算机设计者考虑的主要因素1.成本——嵌入式计算机的价格范围非常广泛，从低于1美元的8位微

5、处理器到几百美元的64位高性能微处理器。低端产品对于价格尤为敏感最小存储器需求：存储器是系统成本的一部分，通常通过优化缩短代码长度实现2.功耗——对于电池供电的系统尤为重要3.实时性能——指计算机在确定的时间间隔内对外部事件做出恰当反应的能力。许多嵌入式计算机应用于过程控制、事务处理等有实时要求的领域硬实时：必须满足最终时限软实时：允许偶尔违反最终时限清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋10第2讲计算机系统概述计算机的类型计算机的组成计算机系统计算机内信息的表示清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋11

6、计算机的组成冯·诺伊曼计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五部分组成输存储器输入出运算器设设备备控制器CPU清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋12存储器存储器是用来存放程序和数据的、具有记忆功能的装置(此处的存储器特指主存储器，或内存)为了准确地对存储器进行读写，通常以字节/字为单位将存储器划分为一个个存储单元，并依次为每个存储单元赋予一个从0开始的序号，该序号称为存储单元的地址，存储单元的地址也用二进制数码表示每个存储单元的地址都是唯一的，每次读写存储器时，必须给出存储单元的地址才能访问

7、清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋13存储器存储单元的地址和存储地址内容单元存放的内容(指令或0数据)都是二进制数码，1但它们是完全不同的两2个概念3地址总线宽度决定地址的位数，地址的位数决定处理器能够访问的存储器的最大容量2n-22n-1清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋14存储器近年来，几乎所有的计算机都以字节(byte)为存储单元的编址单位，一个字节由8个二进制位组成字节可以组合成字(word)，不同的计算机可能具有不同的字长字长——处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于处理

8、器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。字长通常是字节的倍数，如8位、16位、32位、64位清华大学电子工程系，马洪兵，2011年秋15存储器字节顺序由于现代计算机按字节编址，所以存储多字节数据时必须指定各个字节的存储顺序将最低位的字节存放到最低位地址、最高位的字节存放到最高位地址——小端格式(littleendian)将最高位的字节存放到最低位地址、最低位的字节存放到最高位地址——大端格式(big