计算机系统组成与工作原理

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1、1第2章计算机系统组成与工作原理10学时2第2章计算机系统组成与工作原理（10课时）2.1计算机体系结构（2.5课时，掌握）2.1.1冯•诺伊曼体系结构2.1.2对冯•诺伊曼体系结构的改进1．CPU指令集2．存储器子系统3．输入/输出子系统4．程序控制方式5．中断控制方式6．中断系统7．中断处理过程8．DMA控制方式9．I/O处理机第2章计算机系统组成与工作原理（10课时）2.2计算机组成原理（3课时，掌握）2.2.1总线与接口2.2.2CPU组织1．控制单元2．数据通路2.2.3存储器组织1．存储原理2．存取方式3．主存组织形式2.2

2、.4输入/输出组织2.3计算机互连结构（4课时）2.3.1总线要素（理解）2.3.2总线组织（理解）34第2章计算机系统组成与工作原理（10课时）2.3.3总线仲裁（掌握）1．串行仲裁2．并行仲裁3．混合仲裁2.3.4总线带宽（掌握）2.3.5总线时序（掌握）1．同步总线时序2．异步总线时序3．半同步总线时序2.3.6串行总线（理解）1．传输方向2．传输距离3．传输速率4．差错控制5．传输时序2.4模型机工作流程（0.5课时，掌握）52.1.1冯·诺依曼体系结构硬件组成五大部分以存储器为中心信息表示：二进制计算机内部的控制信息和数据信息

3、均采用二进制表示，并存放在同一个存储器中工作原理：存储程序/指令(控制)驱动编制好的程序(包括指令和数据)预先经由输入设备输入并保存在存储器中计算机开始工作后，在不需要人工干预的情况下由控制器自动、高速地依次从存储器中取出指令并加以执行62.1.2冯·诺依曼体系结构CPU指令集：指令功能、指令格式、寻址方式存储器子系统：分层结构(寄存器、缓存、主存、辅存)输入/输出子系统：总线/接口+多种I/O方式改变串行执行模式，发展并行技术改变控制驱动方式，发展数据驱动、需求驱动、模式驱动等其它驱动方式71.CPU指令集计算机是不断执行程序的过程，

4、程序是指令的有序集合指令集结构(ISA，InstructionSetArchitecture)：是体系结构的主要内容之一，其功能设计是确定软硬件的功能分配考虑因素：速度、成本和灵活性实现方式：硬件、软件优化策略：RISC、CISC实现内容：数据类型、指令功能、指令格式、寻址方式8指令集设计的考虑因素根据应用初拟出指令的分类和具体的指令；编写出针对该指令系统的各种高级语言编译程序；对多种算法程序进行模拟测试，确认指令系统的操作码和寻址方式的效能是否都比较高；用硬件实现高频使用的指令，软件实现低频使用指令92计算机存储系统存储器需考虑的主要

5、因素速度、容量、成本一般系统的存储器结构内存：半导体存储器，临时性存储，解决速度问题外存：磁盘、磁带、光盘等，较长时间存储，解决容量问题10四级存储系统寄存器：CPU内部高速访问，直接与指令执行相关数据寄存器：各种运算的操作数控制寄存器：取指令时需要的存储单元地址高速缓存：CPU的高速访问，一般为SRAM有时分为二级结构，一级在CPU内部，二级在CPU外部11四级存储系统主存：DRAM(存储数据和临时调入的程序)、FLASH(存储引导程序、固化程序(固件))，占用寻址空间编址方式：字节编址信息存放方式：大/小端(big/smallend

6、ianness)系统辅存：磁盘、光盘。文件/块存储，虚拟存储介质均衡速度、容量、成本、长期存储等要求而分级12多级存储器体系结构12/8013smallendianness2021/10/913/8014各种宽度信息的存储(a)按任意相连存储紧凑，但访问需要2总线操作(b)按整数边界存储有浪费，但访问效率高15Cache技术和虚拟存储器技术相同点以存储器访问的局部性为基础；采用的调度策略类似；对用户都是透明的；不同点划分的信息块的长度不同；Cache技术由硬件实现，而虚拟存储器由OS的存储管理软件辅助硬件实现前者解决速度、后者解决容量1

7、63.输入/输出子系统计算机与直接相联的外围设备进行数据交换的过程通常称为输入/输出(In/Out)，而与远方设备进行数据交换的过程习惯上称为数据通信(datacommunication)17输入/输出控制方式无条件控制（同步控制）要求外设数据变化缓慢，操作时间固定，可以被认为始终处于就绪状态，如一组开关或LED显示管简单，CPU随时可无条件读/写数据无法保证数据总是有效，适用面窄条件控制（查询控制）CPU主动、外设被动。执行I/O操作时CPU总要先查询外设状态；若传输条件不满足时，CPU等待直到条件满足解决了CPU与外设之间的同步问题

8、，可靠性高CPU利用率低，低优先级外设可能无法及时得到响应184中断系统中断的概念：CPU在执行现行程序时，为处理一些紧急发生的情况，暂时停止当前程序，转而对该紧急事件进行处理，并在处理完后返回正常程序的过