一、计算机系统组成

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统由主机和外设组成；软件系统由系统软件和应用软件组成。

主机由CPU和内存储器组成。CPU由运算器和控制器组成；内存储器也称为主存储器。

系统软件：提供人机交互使用的接口包括：操作系统（如Windows/UNIX/Linux/ Netware等）、语言处理程序（如汇编程序、编译程序和解释程序）、数据库管理系统（如SQL/Sybase/DBⅡ等）、服务程序（如诊断程序和纠错程序等）。

运算器对数据进行加工处理，完成算术和逻辑运算；控制器负责指令的执行。

外围设备（外设）由输入设备、输出设备和外存储器组成。输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和照相机等；输出设备包括显示器和打印机等；外存储器包括硬盘、软盘和光盘。标准输入设备是键盘，标准输出设备是显示器。

二、总线分类和功能

多个部件共享的公共信息传输线路称为总线，总线分为内部总线、外部总线和系统总线。

系统总线根据其功能分为地址总线（AB：Address Bus）、数据总线（DB：Data Bus）和控制总线（CB：Control Bus）。地址总线的宽度表明可直接访问的存储空间的大小，数据总线宽度则表明一次访问存储器和外设能够传送的数据位。

总线的信息传送有串行传送、并行传送、并串行传送和分时传送四种。

并行传送：多根数据线同时传送一个字节的所有位，将总线同时传送的数据位数称为总线数据的宽度，系统总线通常都采用并行传送，以提高访问速度和效率。

串行传送：用一根数据线从低到高位的顺序逐位传送数据，传输速度慢。

并串行传送：结合并行和串行传送，如要传送多个字节，传送一个字节时采用并行传送，传送多个字节时采用串行传送。

分时传送：总线分时传送不同类型的信息，共享总线的各部件分时轮流使用总线。

三、操作系统功能

进程管理：对处理机管理，为提高CPU利用率采用多道程序技术，协调多道程序之间的关系；

存储管理：将有限存储空间合理分配给多道程序满足运行的需要；

 

设备管理：对除主机外的外设进行管理，为设备提供驱动程序，控制设备运行；

文件管理：组成、存储和保护文件，以方便用户访问；

作业管理：指计算机在进行一次作业时系统所做工作的集合，确定用户提交作业的方式及系统如何组织调度作业。

作业三种状态：等待、运行和完成，作业等待时间是指作业进入作业井（即进入等待状态）在作业开始执行（即进入运行状态）时所需要的时间。

四、数据表示

实际生活中通常用十进制表示数据，在计算机系统只能用二进制表示数据。计算机中数据的表示方法通常有原码、反码和补码三种表示方法。

原码、反码和补码都用数据编码中最高位表示符号位，符号位值为1表示负数；符号位值为0表示正数；编码所表示的数的值叫做数据的真值。比如X_原=1001 0011，其中是符号位，表明此数为负数，真值为－0010011，即真值为－19。

原码：用最高位表示符号位，符号位为1表示负数，符号位为0表示正数。其余编码表示数值。

反码：用最高位表示符号位，符号位为1表示负数，符号位为0表示正数。正数的反码与原码相同；负数的反码符号位不变，其余各位取反。

补码：用最高位表示符号位，符号位为1表示负数，符号位为0表示正数。正数的补码与原码相同，负数的补码为负数的反码加1。

ASCII码大小的比较：空格＜数字＜大写字符（A－Z）＜小写字符（a－z）。

五、二、八、十、十六进制转换

请详细参阅辅导文档，此考点请勿看教材。

六、指令格式

任何一条指令都由操作码和地址码两部份组成，根据指令中地址信息指令分为四地址指令、三地址指令、二地址指令和单地址指令。

四地址指令格式：操作码＋操作数地址（1）＋操作数地址（2）＋结果地址＋下条指令地址

三地址指令格式：操作码＋操作数地址（1）＋操作数地址（2）＋结果地址

二地址指令格式：操作码＋操作数地址（1）＋操作数地址（2）

单地址指令：操作码＋操作数地址

 

七、寻址方式

处理器查找操作数和操作数地址的过程称为寻址，寻址分为指令寻址和操作数寻址。

指令寻址有顺序寻址和转移寻址两种方式；操作数寻址有立即寻址和直接寻址两种方式。

顺序寻址：指令依次存储在主存储器中，指令顺序从存储器中读取指令，每执行一条指令指令地址（PC）自动加1。

转移寻址：指令执行时需要转移到其他指令，而不是顺序从存储器中读取指令，此时需要修改指令地址。

立即寻址：指令的地址码部份不是操作数地址，而是直接给出操作数本身，访问一次存储器可同时取出指令和操作数，效率高执行时间短。

直接寻址：指令地址码字段直接给出操作数地址或操作数寄存器号，若给出的是存储器地址称为直接寻址；若给出的是寄存器地址，则称寄存器寻址。

根据指令功能将指令分为以下几类：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令和输入输出指令。

八、存储系统体系结构

通常计算机存储体系结构分为缓存（Cache）、主存储器和外存储器三级。Cache速度最快、主存储器速率次之、外存储器速度最慢。任何程序要执行都必须调入到Cache中，Cache用来存储正在使用的程序和数据，通常Cache的数量都非常小。

任何程序要执行都需要从主存储器调入Cache中，将主存储器数据调入Cache的过程称之为地址映像。地址映像有直接映像、全相联映像和组相联映像三种方式。

直接映像：将主存储器每页复制到固定的Cache页中，将主存的地址与Cache地址直接对应，即主存的地址与Cache的地址相同。

全相联映像：主存储器每页可映射到Cache的任意一页。

组相关映像：将Cache分为多个组，主存储器中的各页与Cache中各组有固定的映射关系。

【例题】 某32位计算机的cache容量为16KB，cache块的大小为16B，若主存与cache的地址映射采用直接映射方式，则主存地址为0X1234E8F8H的单元装入的cache地址是多少？

【解答】Cache容量为16KB，Cache块的大小为16B，则Cache分为1024页，2¹⁰=1024，则需要10位来表示Cache页号，直接映射将主存地址直接作为Cache页号，由于主存地址是32位，则取主存地址的后十位作为Cache页号。

将1234E8F8H转换为二进制为0001 0010 0011 0100，其最后十位为：10 1000 1111 1000，转换为十六进制为0X2EF8H。

 

您应该记住的．．．．．．

            1． 冯·诺依曼：二进制的发明者，计算机特征需要了解P26。

            2． ENIAC：世界上第一台计算机（1945年），发明者艾克特（美）及曼奇里（美）。

            3． 术语（Bit/Byte/KB/MB/GB/TB）（m/u/n）（m/s/Hz/bps/MIPS/Baud）

 

Bit：二进制0或1；Byte（字节）：8bit等于一个字节。

KB=2¹⁰Byte=1024Byte 千：Kilo

MB=2²⁰Byte=1024KB 百万：Million

GB=2³⁰Byte=1024MB Gilbert

TB=2⁴⁰Byte=1024GB

m米：meter

s秒：second

m=10^-3 比如：毫米=mm 毫秒=ms 毫：milli

u=10^-6 比如：微米=um 微秒=us 微：micron

n=10^-9 比如：纳米=nm 纳秒=ns 纳：nano

m=1000u u=1000n

Hz：Hertz每秒次数，表示事件发生频率，比如每秒走10步，由迈步频率为10Hz；

bps：bit per second，数据传输率，通常下载速率KB每秒B，则一个56Kbps的Modem其最大下载速率为7KB。

MIPS：（Million Instruction Per Second，百万条指令/秒）

Baud：波特，信号传输过程中，一个信号波形可携带的二进制数据的数量不同。信号传输过程中，每秒传递的信号波形个数称为调制速率，单位是波特（baud）。

            4． 术语（时钟周期/机器周期/指令周期/指令执行时间）

 

时钟周期：指处理器执行一条加法指令所需要的时间，由CPU的时钟频率确定。比如CPU的时钟频率为1GHz，则CPU的时钟周期为1S/10⁹Hz，则时钟周期为1ns。

机器周期：计算机访问一次存储器的时间称为机器周期。

平均指令执行时间：指处理器执行指令的平均时间，其单位通常用MIPS（Million Instruction Per Second，百万条指令/秒）表示。

【例题】若某处理器的时钟频率为500MHz，每四个时钟周期组成一个机器周期，执行一条指令平均需要三个机器周期，则该处理器的一个机器周期多少ns，指令平均执行速度约为多少MIPS？

【解答】CPU时钟频率：500MHz，时钟周期：1s/500MHz=2ns；