河南国控建设集团招标网站,网上注册公司核名流程,广西网站建设价格,一个主机多个网站系统概论与基本组成 系统概论硬件软件 计算机系统的层次结构系统复杂性的管理方法1#xff1a;抽象 计算机的基本组成冯诺依曼计算机系统复杂性的管理方法 2#xff1a;#xff08;3’Y#xff09; 计算机的工作步骤上机前的准备#xff1a;计算机的解题过程存储器的基本组… 系统概论与基本组成 系统概论硬件软件 计算机系统的层次结构系统复杂性的管理方法1抽象 计算机的基本组成冯·诺依曼计算机系统复杂性的管理方法 23’Y 计算机的工作步骤上机前的准备计算机的解题过程存储器的基本组成运算器的组成及操作过程控制器的基本组成主机完成一条指令的过程 计算机的主要技术指标 系统概论
现代计算机的多态性
根据大小和复杂性可以将现代计算机按以下顺序排列 物联网设备通常非常小内置微型计算机如智能家居传感器。 可穿戴设备如智能手表、健康监测设备略大于普通物联网设备。 嵌入式系统Embedded Systems被嵌入到其他设备中如汽车、家用电器等大小不一但通常较小。 微型计算机Microcomputers 智能手机体积小便于携带。 平板电脑略大于智能手机。 笔记本电脑比平板电脑大但仍具便携性。 台式电脑相对更大不易移动。 小型计算机Minicomputers如服务器、工作站等通常安置于机房体积大于个人使用的微型计算机。 大型计算机Mainframes体积较大用于处理大量数据主要用于大型企业和政府机构。 超级计算机Supercomputers体积最大用于执行高性能计算任务如科学研究、天气预测等。
一个计算机系统通常由硬件和软件两大部分组成它们相互协同工作使得计算机能夠执行各种复杂的任务。下面详细解释计算机系统的组成部分。
硬件
计算机硬件是物理组件这些组件包括
中央处理器CPU被认为是计算机的大脑用于执行指令和处理数据。
存储器 主存储器RAM临时存储正在被CPU处理的数据和指令。 辅助存储器如硬盘驱动器HDD、固态驱动器SSD、光盘等用于长期存储数据。输入设备如键盘、鼠标、触摸屏、摄像头、麦克风等用于向计算机传输用户的输入信息。输出设备如显示器、打印机、扬声器等用于展示计算机处理后的结果给用户。主板连接所有其他硬件组件的平台并提供它们之间的数据通道。 图形处理单元GPU用于渲染图像和视频内容它可以单独存在或作为CPU的一部分。电源供应转换交流电为计算机内部使用的直流电。
软件
计算机软件是指那些使得硬件可以执行特定任务的指令集合。主要分两类 系统软件用来管理整个计算机系统包括语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件 应用软件这些直接为用户提供特定功能的程序例如文字处理器、电子表格、数据库管理、游戏、图像编辑和网络浏览器等。 系统组成 计算机系统的工作流程通常如下所示 输入用户通过输入设备向计算机提供数据或命令。 处理CPU根据操作系统和应用软件的指导对数据进行处理。 存储处理过程中产生的数据可以被存放在RAM中长期数据则保存在辅助存储器里。 输出数据处理的结果通过输出设备展现给用户。
计算机系统的层次结构
系统复杂性的管理方法1抽象 在计算机科学和软件工程中抽象是一种基本的概念和设计哲学指的是隐藏复杂性的过程同时突出展现系统或组件的核心功能。通过抽象设计者可以专注于当前层次相关的问题而不必考虑底层的具体实现细节。 抽象的类型 数据抽象 数据抽象是指对数据的结构只给出有关它如何被使用或操作的信息而隐藏背后的具体实现。例如在编程语言中数据类型如整数、列表、对象就是一种形式的数据抽象。 过程抽象 过程抽象指的是把复杂的操作封装成过程只提供接口说明如函数名、输入、输出隐藏了内部的具体执行步骤。调用者不需要知道过程内部是如何实现的只要知道如何使用该过程。
计算机层次结构与抽象是紧密相关的概念。它们共同构成了一种方法论
计算机层次结构通常指的是计算系统的不同分层每一层执行不同的功能并建立在下一层的基础上。从底层硬件到高层应用程序每层次都对其下层的复杂性进行了封装并向上层提供了一组更高级别的操作和服务。
抽象是每个计算层次中所应用的原则它是指在某一层级中隐藏下层的实现细节只暴露所需的功能接口。这样上层就不需要理解下层的具体工作原理只需知道如何通过接口来使用该层提供的服务。 计算机系统结构定义了计算机软硬件的交界面提供了上层软件进行编写的时候与下层硬件交互的接口
计算机的基本组成
冯·诺依曼计算机
硬件框图如下 实线表示数据通路虚线表示控制与状态反馈
冯·诺依曼计算机的特点
计算机由五大部件组成指令和数据以同等地位存于存储器可按地址寻访指令和数据用二进制表示指令由操作码和地址码组成存储程序以运算器为中心
以存储器为中心的计算机硬件 现代计算机硬件框图
系统复杂性的管理方法 23’Y
层次化Hierachy将被设计的系统划分为多个模块或子模块模块化Modularity有明确定义well-defined的功能和接口规则性regularity模块更容易被重用
计算机的工作步骤
上机前的准备 - 建立数学模型- 确定计算方法- 编制解题程序举例 计算 ax2bxc分为以下步骤
取x 至运算器中乘x 在运算器中乘a 在运算器中存ax2 在存储器中取b 至运算器中乘x 在运算器中加ax2 在运算器中加c 在运算器中
若将上述改为axb)xc可简化为一下步骤
取x 至运算器中乘a 在运算器中加b 在运算器中乘x 在运算器中加c 在运算器中
将上述运算步骤写成某计算机一一对应的机器指令就完成了运算程序的编写
设某机的指令字长为16位其中操作码占6位地址码占10位
操作码地址码6位10位
操作码表示机器所执行的各种操作如取数存数加减乘除停机打印等。地址码表示参加运算的数在存储器内的位置。机器指令的操作码和地址码都采用01代码的组合来表示。下表为与上例子有关的各条机器指令的操作码及其操作性质的对应关系。
操作码操作性质000001取数000010存数000011加000100乘000101打印000110停机
具体内容
取数将指令地址码指示的存储单元中的操作数取到运算器的累加器ACC中存数将ACC中的数存至指令地址码指示的存储单元中加将ACC中的数与指令地址码指示的存储单元中的数相加结果存于ACC中乘将ACC中的数与指令地址码指示的存储单元中的数相乘结果存于ACC中打印将指令地址码指示的存储单元中的操作数打印输出
计算ax2bxc程序清单 地址码或者叫做操作数指示器是指令中的一部分指定操作码所涉及的数据应该从何处获取或者结果数据应该放在何处
指令和数据都是保存在存储器中的
计算机的解题过程
存储器的基本组成 存储单元 存储器由大量的存储单元组成每个存储单元可以存放一个固定大小的数据。在大多数现代计算机中最小的存储单位是Bit它可以是0或1。通常多个位组合成更大的存储单位如字节。存储字 存储单元中二进制代码的组合存储字长 存储单元中二进制代码的位数 每个存储单元赋予一个地址号MAR 地址寄存器 反应存储单元的个数MDR 数据寄存器 反应存储字长
运算器的组成及操作过程
运算器最少包括3个寄存器和一个算术逻辑单元ALU。 ACC累加器 MQ: 乘商寄存器 X操作数寄存器数据寄存器 ACC在加法存储被加数和这两个数据
乘法在这里是按位操作再进行累加选择ACC运算结果会比被乘数长度增加一倍结果存储在ACC和MQ中
除法是通过减法和移位的操作实现的。
加法操作过程
指令
加M
初态 ACC 已经存储被加数
将加数存储到X中[M]-X[ACC][X]-ACC
减法操作过程 指令
减M
初态ACC 已经存储被减数
[M]-X;[ACC]-[X]-ACC
乘法操作过程 指令
乘M
初态ACC存储被乘数
[M]-MQ 把乘数放在MQ寄存器中[ACC]-X 把被乘数放在X寄存器中0 - ACC[X]×[MQ]-ACC//MQ;
只有把ACC内容送入X后才能进行
除法操作过程 指令
除M
初态ACC存储被除数
[M]-X[ACC]÷[X[-MQ余数在ACC中
控制器的基本组成
控制器是中央处理单元的一部分负责解释指令保证指令的按序执行
完成一条指令操作
取指阶段命令存储器读出一条指令分析阶段对这条指令进行分析指出改指令要完成什么样的操作并按照寻址特征指明操作数的地址执行阶段根据操作数所在的地址以及指令的操作码完成某种操作
控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR以及控制单元CU组成。 PC用来存放当前欲执行指令的地址,它与主存的MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能,即可自动形成下一条指令的地址。IR用来存放当前的指令,IR的内容来自主存的MDR。IR中的操作码(OP(IR))送至CU,记作 OP(IR)→CU,用来分析指令;其地址码(Ad(IR))作为操作数的地址送至存储器的MAR,记作 Ad(IR)→MAR。CU用来分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象。
主机完成一条指令的过程 取指令 启动机器后控制器立即将PC的内容送至主存的MAR记作PC-MAR并命令存储器做读操作主存内容送入MDR内由MDR送至控制器的IR记作MDR-IR 分析与执行指令 经CU分析记作OP(IR)-CUCU又将IR中的地址码送至MAR记作Ad(IR)-MAR),并命令存储器做读取操作将该地址单元中的操作数送至MDR再有MDR送至运算器的ACC记作MDR-ACC完成此指令的执行过程。
与此同时PC完成自动加1的操作形成下一条指令的地址“1号”。
计算机的主要技术指标
机器字长CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数有关字长越长数的表示范围越大精度也越高
运算速度计算机的运算速度与许多因素有关,如机器的主频、核数每个核支持的线程数吉普森法、CPI执行一条指令所需时钟周期数、MIPS每秒执行百万条指令、FLOPS每秒浮点运算次数
存储容量 主存容量指主存中存放的二进制代码的总位数即存储容量存储单元个数×存储字长 MAR的位数反映了存储单元的个数MDR的位数反映的存储字长例如MAR为16位,根据21665 536,表示此存储体内有65 536个存储单元(即64K个存储字,1K1 024 210);而 MDR为32位,表示存储容量为216×32 2212M位(1M 210)。 辅存容量通常用字节数表示如某机的赋存容量为80GB1G1024M210×220230.
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