第1篇概論

第1章計算機系統(tǒng)概論

1.1復(fù)習(xí)筆記

一、計算機系統(tǒng)簡介

1,計算機的軟硬件概用編譯程序翻譯

⑴計算機系統(tǒng)由“他成匯編語言程序賣體部分，“軟件”是指由

人們事先編制的具有各類米

⑵計算機的軟件乂石竄機系統(tǒng)，監(jiān)視服務(wù)，應(yīng)用

軟件是用戶根據(jù)任務(wù)需要用

用匯編程序翻譯

成機器語言程序

2.計算機系統(tǒng)的層次

計算機系統(tǒng)的層次結(jié)彳

用機器語言解釋操作系統(tǒng)

用微程序解釋機器指令

由硬件直接執(zhí)行微指令

微程序機器M

(微指令系統(tǒng))

圖1T多級層次結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)

3.計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)

(1)計算機體系結(jié)構(gòu)

計算機體系結(jié)構(gòu)是指那些能夠被程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性，即概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性。

(2)計算機組成

計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，它包含了許多對程序員來說是透明的硬件細節(jié)。

二、計算機的基本組成

1.馮?諾依曼計算機的特點

馮?諾依曼機的特點可歸結(jié)如下：

①計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；

②指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可按地址尋訪；

③指令和數(shù)據(jù)均用二進制數(shù)表示；

令山操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置;

⑤指令在存儲器內(nèi)按順序存放；

⑥機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送通過運算器完成。

2.計第機的硬件框圖

典型的馮?諾依曼計算機是以運算器為中心的，現(xiàn)代的計算機已轉(zhuǎn)化為以存儲器為中心，如圖1-2所示。

控制線

反饋線

數(shù)據(jù)線

圖1-2現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)框圖

3,計算機的工作步驟

(1)上機前的準備

①建立數(shù)學(xué)模型

②確定計算方法

③編制解題程序

(2)計算機的工作過程

細化的計算機組成框圖，如閣1-3所示。

存

儲

體

M

I/O

設(shè)

MDR

備

MAR

主存儲器

圖1-3細化的計算機組成框圖

三、計算機硬件的主要技術(shù)指標

1.機器字長

機器字長是指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)。

2.存儲容量

存儲器的容量應(yīng)該包括主存容量和輔存容量。主存容量是指主存中存放二進制代碼的總位數(shù)。輔存容量通常

用字節(jié)數(shù)來表示，例如，某機輔存(如硬盤)容量為80GB。

3.運算速度

計算機的運算速度與機器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度(主存速度快，取指、取數(shù)就快)等

都有關(guān)。

1.2課后習(xí)題詳解

1，什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件?硬件和軟件哪個更重要？

答：計算機系統(tǒng)：由硬件和軟件兩部分組成，計算機系統(tǒng)能夠接收和存儲信息、根據(jù)程序快速計算和判斷，

最終輸出處理結(jié)果；

計算機硬件：計算機的實體部分，它由有形的各種電子元器件，各種類別的光、電、機設(shè)備的物體組成，如

主機、外部設(shè)備等；

計算機軟件：所謂“軟件”，它是無形的，由人們事先編寫好的的具有指定功能的程序組成，如系統(tǒng)軟件，

應(yīng)用軟件等；

計算機的硬件和軟件是相互依存，相互制約的，缺一不可。計算機如果沒有安裝軟件就會失去靈魂，只是一

堆機器；沒有硬件的計算機只是一個幻想，沒有實際意義。

2.如何理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？

答：計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)其功能分為幾個層次，有助于正確理解計算機系統(tǒng)的工作；同時對闡明軟件，硬

件和固件在計算機系統(tǒng)中的地位和作用是有幫助的；層次結(jié)構(gòu)使各級分工更加清晰，易于糾正和完善；對于了解

各種語言的實現(xiàn)和性質(zhì)是有幫助的；它也有助于發(fā)現(xiàn)新的虛擬機實現(xiàn)方法，設(shè)計新的計算機系統(tǒng)。

3.說明高級語言、匯編語言和機器語言的差別及其聯(lián)系。

答：高級語言：高級語言是面向用戶的，用高級語言編寫的程序稱為高級語言源程序，計算機不能直接運行

高級語言源程序，一定要將它們翻譯成計算機可以執(zhí)行的機器語言目標程序。

匯編語言：可以反映指令作用的助記符表達的計算機語言稱為匯編語言，它誕生在機器語言的前面。

機器語言：計算機可以識別和執(zhí)行的唯一語言。二進制代碼構(gòu)成機器語言，每個二進制代碼串稱為指令。

只有高級語言是面向用戶的，匯編語言和機器語言是面向機器的。高級語言和匯編語言需要由編譯器解析成

為機器語言才能被計算機識別。

4.如何理解計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)？

答：計算機體系結(jié)構(gòu)是指程序員可以看到的計算機系統(tǒng)的屬性，即概念結(jié)構(gòu)和功能特征。計算機系統(tǒng)的屬性

通常指的是程序員(包括匯編語言程序員)利用機器語言編程的傳統(tǒng)機器的屬性，包括指令集，數(shù)據(jù)類型，內(nèi)存

尋址技術(shù)，I/O機制等。它們幾乎都是抽象屬性。計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)中已經(jīng)存在的屬性，

其中包含許多對程序員透明的硬件細節(jié)。例如，指令系統(tǒng)體現(xiàn)了機器的屬性，屬于計算機結(jié)構(gòu)方面。但是指令的

實現(xiàn)，即怎樣獲得指令，分析指令，獲得操作數(shù)，計算和發(fā)送結(jié)果，都屬于計算機組成的問題。

5.馮?諾依曼計算機的特點是什么？

答：馮?諾伊曼在研究EDVAC機時提出了“存儲程序”的概念?；谶@種概念的各種計算機通常被稱為馮

諾依曼計算機。除了用來存儲程序，它們的特點還包括：

(1)計算機由五部分組成：運算器，控制器，存儲器，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

(2)指令和數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，它們的地位相同，并且可以通過地址訪問。

(3)指令和數(shù)據(jù)以都可以表示為二進制形式。

(4)指令由兩部分組成：操作碼和地址碼。操作碼用于指示操作的性質(zhì)，地址碼用于指示操作數(shù)在存儲器

中的位置。

(5)指令按順序存儲在存儲器中，通常自動取出并順序執(zhí)行。

(6)運算器為機器的中心。

6.畫出計算機硬件組成框圖，說明各部件的作用及計算機硬件的主要技術(shù)指標。

答：(1)計算機硬件組成框圖如圖1-4所示。

控制線

反饋線

數(shù)據(jù)線

圖1-4計算機硬件組成框圖

（2）圖中每個組件的功能如下：

運算器：主要進行算術(shù)和邏輯運算；

存儲器：用來存儲數(shù)據(jù)和程序；

控制器：用于控制，命令程序和數(shù)據(jù)輸入，操作和處理操作結(jié)果。

輸入輸出設(shè)備：用于將人們熟悉的信息與機器可.識別的信息相互轉(zhuǎn)換。

（3）計算機硬件的主要技術(shù)指標

①機器字長：機器字長是指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)。

②存儲容量：存儲器的容量應(yīng)該包括主存容量和輔存容量。主存容量是指主存中存放二進制代碼的總位數(shù)。

輔存容量通常用字節(jié)數(shù)來表示，例如，某機輔存（如硬盤）容量為80GB。

③運算速度：計算機的運算速度與機器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度（主存速度快，取指、

取數(shù)就快）等都有關(guān)。

7.解釋概念：主機、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容

量、機器字長、指令字長。

答：主機：是計算機硬件的主要部分。主機分為CPU和主存儲器。

CPU:中央處理器是計算機硬件的核心組件，包括運算器和控制器（早期計算器和控制器不在同一芯片上，

但現(xiàn)在CPU不僅包括運算儲和控制器，而旦有高速緩存。

主存儲器：存儲計算機中運行的程序和數(shù)據(jù)，是計算機的主要工作存儲器，可以隨機訪問。它由存儲體，各

種邏輯組件和控制邨各組構(gòu)成。

存儲單元：可存儲機器字并具有特定存儲地址的存儲單元。

存儲元件：存儲一生進制信息，是存儲器中最小的存儲單元，也稱為存儲元件或存儲元件，不能單獨訪問。

存儲原語：存儲原語是存儲元作，它們是存儲單元的分支。它們可以存儲一些二進制代碼“1”或“0”，也

叫做存儲元。

存儲元：同上。

存儲字：存儲在存儲單元中的二進制代碼的邏輯單元。

存儲字長：存儲在存儲單元中的二進制代碼的位數(shù)。

存儲容量：存儲在內(nèi)存中的二法制代碼總量。

機器字長：指CPU一次可處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。

指令字長：指令的二進制代碎立數(shù)。

8.解釋英文代號:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、L0>MIPS、CPEFLOPSo

答：CPU:CentnilProcessingUnit,中央處理機器，是計算機硬件的核心部件，主要分為運算器和控制器兩

部分。

PC:ProgramCounter,程序計數(shù)器，其功能是存儲要執(zhí)行的指令的地址，而且自動加一形成下一條指令地

址。

IR:InstructionRegister,指令寄存器，其功能是存儲正在執(zhí)行的指令。

CU:ControlUnit,控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是生成微操作命令序列。

ALU:ArithmeticLogicUnit,算術(shù)邏輯運算單元，為運算器的核心部件，其功能是進行算術(shù)與邏輯運算。

ACC:Accumulator,累加器，不僅可以存儲操作前的操作數(shù)，還可以存儲操作的結(jié)果。

MQ:Multiplier-QuotientRogis/r,乘商寄存器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商的寄存器.

X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以作為任何部分的名稱。這里它表示操作數(shù)寄存器，它是運算器中用于

存儲操作數(shù)的工作寄存器之一。

MAR:MemoryAddressRegister,存儲器地址寄存器，存儲要在主存儲器中訪問的存儲單元的地址。

MDR:MemoryDataRegister,存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來存儲從某單元讀出、或要寫入某存儲

單元的數(shù)據(jù)。

I/0:Input/0utputequipment,輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計算機內(nèi)外數(shù)據(jù)的交換

和運輸。

MIPS:Mi11ionInstructionPerSecond,每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標的一種度量單位。

CPI;ClockCyclePurInslrucLiun,表示執(zhí)行某個程序的指令平均時鐘周期數(shù)。

FLOPS:Floating-pointOperationsPerSecond,每秒執(zhí)行的浮點運算次數(shù)。

9.畫出主機框圖，分別以存數(shù)指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均為主存地址）為例，在圖中按

序標出完成該指令（包括取指階段）的信息流程（如汕。假設(shè)主存容量為256Mx32位，在指令字長、存儲

字長、機器字長相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。

答：主機框圖如圖1-5所示：

存

儲

體

M

W

1口

設(shè)

MDR備

X

MAR

運算器控制器

L.主存儲器

圖1-5主機框圖

(l)STAM指令：PC—MAR,MAR-MM,MM—MDR,MDR-4R,0P(IR)-CU,Ad(IR)TMAR,

ACJMDR,MAR—MM,WR;

(2)ADDM指令：PC—MAR,MAR—MM,MM—MDR,MDR->IRQP(IR)TCU,Ad(IR)-MAR,

MARTMM,MMTMDR,MDRTX,X—ALU,ACC—ALU,ALU—ACC,ACC—MDR,WR;

假設(shè)主存容量256Mx32位，在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下，ACC、X、IR、MDR寄存器

均為32位，PC和MAR寄存器均為28位。

10.根據(jù)迭代公式

設(shè)初態(tài)yo=l,要求精度為3試編制求W的解題程序（指令系統(tǒng)自定），并結(jié)合所編程序簡述計算機的解

題過程。

答：先將y。事先存于yn+1單元中，圖1-6展示了一種操作碼及其相應(yīng)操作，并給出了主存地址及內(nèi)容

主存地址指令注釋

操作碼地址碼

000000117取數(shù)yn+1至ACC

100001016存數(shù)，將yn+1存于yn單元中

200000113取數(shù)x至ACC

300011116除yn得x/yn存于ACC中

400010016加yn得yn+x/yn存于ACC中

500011115除2得（yn+x/yn）/2存于ACC中

600001017存數(shù),將（yn+x/yn）/2存于yn+1單元中

700100016減yn得yn+1-Yn存于ACC中

8001001lyn十l-yn|存丁ACC中

900100()14|yn+l-yn|-￡存于ACC中

100010100比較

1100010117打印

12000110--停機

13X

14E

152

16Yn

17Yn+1

圖1-6

11.指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，計算機如何區(qū)分它們？

答：計算機有兩種方法可以區(qū)分指令和數(shù)據(jù)：

（1）利用不同的時間段區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在指令獲取階段（或取指微程序）得到的是指令，在指令執(zhí)行

階段（或相應(yīng)微程序）得到的是數(shù)據(jù)；

（2）區(qū)分地址源，存儲單元地址由PC提供，則得到的是指令，存儲單元地址由指令地址碼部分提供，則

得到的是操作數(shù)。

12.什么是指令?什么是程序？

答：指令：指令是機器執(zhí)行某些操作的命令。典型指令通常包括兩部分：操作代碼和地址代碼。操作碼用于

指示執(zhí)行了哪些操作（例如，添加和發(fā)送），并旦地址碼用于指示操作數(shù)的位置。

程序：程序是軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶需求開發(fā)的，用編程語言描述的，計算機可以識別和運行的一系列指令

（語句）。因此程序是指令的集合。

1.3考研真題詳解

L馮?諾依曼結(jié)構(gòu)計算機中數(shù)據(jù)采用二進制編碼表示，其主要原因是（兀［2018年408統(tǒng)考］

1.二進制的運算規(guī)則簡單

II.制造兩個穩(wěn)態(tài)的物理器件較容易

HH.便于用邏輯門電路實現(xiàn)算術(shù)運

算

A.僅I、II

B.僅I、m

c.僅n、in

DI、n和

in

【答案】D

【解析】馮?諾依曼結(jié)構(gòu)計算機中數(shù)據(jù)采用二進制編碼表示的原因有：①技術(shù)實現(xiàn)簡單，即制造兩個穩(wěn)態(tài)的

物理器件較容易；②適合邏輯運算，便于用邏輯門電路實現(xiàn)算術(shù)運算：③簡化運算規(guī)則，提高運算速度。因此I、

II和II都是其采用二進制的原因。

2.馮?諾依曼計算機的特點是（）。［北京郵電大學(xué)2016研］

I.采用二進制

1.存儲程序

III.控制流驅(qū)動方式

IV.數(shù)據(jù)流驅(qū)動方式

A.僅I、II

B.僅I、II、in

c.僅I、II、IV

D.LII、IH、IV

【答案】A

【解析】馮?諾依曼計算機采用指令流驅(qū)動，并不采用數(shù)據(jù)流和控制流驅(qū)動，所以只有I、1I正確。

3.馮?諾依曼計算機中指令和數(shù)據(jù)均以二進制形式存放在存儲器中，CPU區(qū)分它們的依據(jù)是（）o［2009

年408統(tǒng)考］

A.指令操作碼的譯碼結(jié)果

B.指令和數(shù)據(jù)的尋址方式

C.指令周期的不同階段

D.指令和數(shù)據(jù)所在的存儲單元

【答案】C

【解析】首先，題干已經(jīng)很明確池說明是在馮?諾依曼計算機中，所以就可以肯定指令和數(shù)據(jù)都是以二進制

的形式混亂地存儲在一個存儲器中，這樣就無法通過指令和數(shù)據(jù)所在的存儲單元來區(qū)分是指令還是數(shù)據(jù)，故排除

D項。CPU只有在確定取出的是指令之后，才會將其操作碼部分送去譯碼，因此不可能依據(jù)譯碼的結(jié)果來區(qū)分

指令和數(shù)據(jù)，故排除A項。僅僅根據(jù)尋址方式來判斷取出的是指令還是數(shù)據(jù)，顯然不行，故排除B項。

完成一條指令可分為取指階段和其他階段（執(zhí)行、間址、中斷等），CPU可以根據(jù)指令周期的不同階段來區(qū)

分是指令還是數(shù)據(jù)，通常在取指階段取出的是指令，其他階段取出的都是數(shù)據(jù)。

第2章計算機的發(fā)展及應(yīng)用

2.1復(fù)習(xí)筆記

一、計算機的產(chǎn)生和發(fā)展

L第一代電子管計算機

2.第二代晶體管計算機

3.第三代集成電路計算機

4,微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展

微型計算機解決處理器和內(nèi)存外設(shè)速度不匹配的方法為：

(1)處理器與主存之間解決方寞：加寬數(shù)據(jù)總線的寬度，在主存和處理器之間設(shè)置高速緩沖存儲器(Cache)

并發(fā)展成片內(nèi)Cache和分級Cache,采用高速總線和分層總線來緩沖和分流數(shù)據(jù)，從而提高處理器和存儲器之間

的連接帶寬。

(2)處理器和外設(shè)之間解決方案：通過各種緩沖機制、加上高速互連總線以及更精致的總線結(jié)構(gòu)來解決它

們之間傳輸速率的不匹配問題。

5.軟件技術(shù)的興起和發(fā)展

軟件發(fā)展有以下幾個特點。

①開發(fā)周期長；

②W作成本昂貴；

③檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性。

二、計算機的應(yīng)用

1.科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理

(1)科學(xué)計算

科學(xué)計算的特點是計算量大和數(shù)值變化范圍大。

(2)數(shù)據(jù)處理

大量的數(shù)據(jù)信息，由計算機收集、存儲、整理、檢索、統(tǒng)計、修改、增刪等，由此獲得某種決策數(shù)據(jù)或趨勢。

2.工業(yè)控制和實時控制

3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合，通常有：

①電子商務(wù)；

②網(wǎng)絡(luò)教育；

③敏捷制造。

4.虛擬現(xiàn)實

5.辦公自動化和管理信息系統(tǒng)

6.CAD/CAM/CIMS

8.多媒體技術(shù)

9.人工智能

2.2課后習(xí)題詳解

1.通常，計算機的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？

答：計算機的更新主要基于構(gòu)成計算機基本電路的組件。元件正朝著小尺寸，低能耗和高可靠性的方向發(fā)展，

如電子管，晶體管，集成電路等。

電子管計算機：第一代電子管計算機（ENIAC）采用十進制運算，其電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。它使用超過18,000

個電子管。它消耗150千瓦的電力，體積龐大，重量為30噸，不僅占地1500平方英尺，而且還需要手動移動開

關(guān)，拔出并插入電纜進行編程。雖然它使用起來非常不方便，但它比任何機械計算機都要快得多，每秒可以運行

超過5000次加法運算。

晶體管計算機:與電子管機701（1952年）相比,晶體管機7094（1964年）的主存儲器容量從2K增加到

32K字；儲存周期從30us減少到L4us;指令操作碼的數(shù)量從24上升到185;并且運算速度從每秒10,000次增

加到每秒500,000次。7094機還使用數(shù)據(jù)通道和多路轉(zhuǎn)換器等新技術(shù)。

集成電路計算機：盡管用晶體管替換電子管為電子計算機帶來了嶄新的面貌，但隨著對計算機性能的不斷追

求，新計算機中的晶體管數(shù)量已從大約10,000個增加到數(shù)十萬個c人們需要將晶體管，電阻器.電容器元件焊

接到電路板上，然后各個電路板通過導(dǎo)線連接形成計算機。其復(fù)雜的工藝不僅嚴重影響制造計軸L的生產(chǎn)效率，

而且還使計算機工作的可靠性降低，因為數(shù)十萬個部件產(chǎn)生了數(shù)百萬個焊點。計算機的數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)處理，數(shù)

據(jù)傳輸和各種控制功能基本上由具有布爾邏輯功能的各種門電路完成，并且大量門電路由晶體管，電阻器，電容

器等構(gòu)成。因此，當集成電路制造技術(shù)誕生后，可以使用光刻技術(shù)，將晶體管，電阻器和電容器組成的單個電路

在非常小的硅晶片上制造。這乂一次的使計算機的體積大大減小，功耗大大降低，計算機的可靠性也得到了很大

提高。

2.舉例說明專用計算機和通用計算機的區(qū)別。

答：根據(jù)計算機的效率，速度，價格，經(jīng)濟性和實用性，計算機可分為通用計算機和專用計算機。

通用計算機：通用計算機的原型是IAS的總體結(jié)構(gòu)。圖2T是1AS計算機的總體結(jié)構(gòu)示意圖。通用計算機具

有很強的適應(yīng)性，一般的場合都可以運行通用計算機。然而，通用計算機在處理信息方面的速度和效率非常低，

并且通用計算機的經(jīng)濟效益相對較低。

專用計算機：專用計算機針對專門的應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計，以滿足而性能，低成本和低功耗的要求。它是最高效，

最經(jīng)濟，最快速的計算機。無論是從設(shè)計方法還是組件的選擇，它都是針對特定需求的，因此專用計算機的適應(yīng)

性和可移植性非常差。

圖2-1IAS計算機結(jié)兩

3.什么是摩爾定律?該定律是否永遠生效?為什么？

答：摩爾定律是由Intel公司創(chuàng)始人之一GordonMoore提出的。摩爾定律指出，微芯片上的集成晶體管數(shù)量

每三年增加為原來的四倍。

摩爾定律不會永遠起作用：由于物理極限的限制（VLSI晶體管的線寬約為0.05um量級），當計算機微芯片

上的集成晶體管數(shù)量達到極限時，晶體管的數(shù)量將不再每三年翻兩番。因此，摩爾定律不可能永遠有效。

4.舉3個實例，說明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

答：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合，目前正在形成一個新的全球互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的例子如

下：

（1）電子商務(wù)：任何組織都可以利用Internet改變與客戶，供應(yīng)商，業(yè)務(wù)合作伙伴和內(nèi)部員工的溝通，也

可以籽其視為消費者、銷售者和結(jié)算部門之間利用Internet完成商品采購和支付的過程。

(2)網(wǎng)絡(luò)教育：學(xué)生受教可以通過網(wǎng)絡(luò)進行，不受時間，空間和地域的限制，到達世界的每個角落，建立

真正開放的虛擬學(xué)校。每個學(xué)生都可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)自由學(xué)習(xí)。無論學(xué)生是富人還是窮人，他們都可以“傾

聽”一流教師的指導(dǎo)，他們可以咨詢世界上最權(quán)威的專家，他們可以從世界任何角落獲取最新的信息和資料.

(3)敏捷制造：由兩部分組成：密接制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和敏捷制造的虛擬企業(yè)。前者為虛擬企業(yè)的形成提供

了環(huán)境和條件，而后者則迅速應(yīng)對市場中不可預(yù)測的變化。當市場機會出現(xiàn)時，由敏捷制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成的虛擬

企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系幾個具備核心資格的組織者。它們通過國家法律和相互的合同形成虛擬企業(yè)c企業(yè)不需要集

中辦公空間和固定的組織結(jié)構(gòu)，僅僅通過網(wǎng)絡(luò)完全實現(xiàn)產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計，制造，在線銷售和在線服務(wù)，充分發(fā)揮

各自優(yōu)勢，以最佳組合，最低成本實現(xiàn)利潤最大化。這種虛擬企業(yè)是在敏捷制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)環(huán)境下形成的獨立的、

實體性的、社會性的團體。與此同時，它也是一個動態(tài)的聯(lián)盟。他們可以根據(jù)市場的變化和要求解散原有的虛擬

企業(yè)，并與新的合作伙伴形成新的虛擬企業(yè)。

5.舉例說明人工智能方面的應(yīng)用有哪些？

答：人工智能是一項專門研究如何使計算機模擬人類智能的技術(shù)，其應(yīng)用實例如下：

(1)模式識別是指對一些感興趣對象的定量或結(jié)構(gòu)的描述，以及自動生成技術(shù)的研究，其中計算機自動將

要識別的模式分配給它們各自的模式類。從該技術(shù)派生的圖像處理技術(shù)和圖像識別技術(shù)已被廣泛使用。

(2)文字/語言識別和語言翻譯是指計算機進行文字和語言的翻譯。例如，手寫計算機輸入系統(tǒng)已被廣泛使

用，并且語音輸入計算機的軟件已開始在市場上出現(xiàn)。

(3)專家系統(tǒng)是利用計算機構(gòu)成存儲量極大的知識庫。它以數(shù)據(jù)的形式將各種專家的豐富知識和經(jīng)驗存儲

在知識庫中，并使用專用軟件根據(jù)他們的查詢要求為用戶提供所需的答案。該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工程、軍

事、法律等領(lǐng)域，尤其是Internet的興起，可構(gòu)成遠程虛擬醫(yī)療、虛擬課堂、虛擬考試等。

(4)機器人也是人」二智能領(lǐng)域的重要應(yīng)用，通常人們會讓機器人做重復(fù)性的工作，特別是在一些不適合人

們工作的勞動場所，機器人的應(yīng)用尤為重要。例如，海底探索，人類在海底的時間非常有限，但是機器人探索海

底會方便得多。機器人可以配備一個攝像頭來模擬眼睛，一個雙聲道的聲音接收器模擬耳朵，以及一個合適的機

械設(shè)備，使它能夠移動，觸摸，承受各種信息并將其直接傳輸?shù)接嬎銠C處理，使其可以模仿人類完成海底檢測。

6.舉例說明哪些計算機的應(yīng)用需采用多媒體技術(shù)。

答：多媒體技術(shù)是計算機技術(shù)與視頻，音頻和通信等技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它是用來實現(xiàn)人和計算機交互地對各

種媒體(如文字、圖形、影像、音頻、視頻、動畫等)進行采集、傳輸、轉(zhuǎn)換、編輯、存儲、管理，并由計算機

綜合處理為文字、圖形、動畫、音響、影像等視聽信息而有機合成的新媒體。因此，它可以將之前只能體現(xiàn)或保

存一種媒體的設(shè)備或手段轉(zhuǎn)換為計算機集成。多媒體技術(shù)可以將聲音，文本和圖片合成后接著集成到計算機中。

使用計算機，可以產(chǎn)生和創(chuàng)建新的多媒體信息，例如合成音樂，電子動畫等。它不僅使社會更加豐富多彩，生活

更加美好，而且對政治，經(jīng)濟，軍事，工業(yè)，環(huán)境等都產(chǎn)生了巨大的影響。以下計算機應(yīng)用需要使用多媒體技術(shù)：

飛行仿真訓(xùn)練系統(tǒng)、虛擬演播室、網(wǎng)上銀行等都離不開多媒體技術(shù)。

7.設(shè)想一下計算機的未來。

答：自1946年ENIAC問世以來，計算機技術(shù)的進步促進了計算機在過去60年的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使計算

機在人類活動的各個領(lǐng)域都占有極其重要的地位。從超級巨型機到心臟起搏器，從電話網(wǎng)絡(luò)到汽車的汽化器無處

不在。它們幾乎可以填補甚至取代各種信息處理器，成為人類最堅強有力的助手。

未來人類社會中的幾乎所有知識和信息都將被整合到計算機空間中，任何人都可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)在線訪

問所有知識和信息。計算機空間將會為嶄新的信息方式、娛樂方式和教育方式提供基礎(chǔ)，并會提供新層次的個人

服務(wù)和健康保健。隨著超級智能機的出現(xiàn)，開展了價格低廉，使用方便，體積更小，形狀多變，人性化的計算機

的研究和應(yīng)用。光計算機使用光子代替電子進行計算和存儲，并使用不同波長的光來表示不同的數(shù)據(jù)，這可以快

速完成復(fù)雜的計算。DNA(脫氧核糖核酸)生物計算機通過控制DNA分子之間的生化反應(yīng)來完成計算。與此同

時，量子計算機的前景尤為光明。量子這種常人難以理解的特性，使得具有5000個量子位的量子計算機能在約

30s內(nèi)解決傳統(tǒng)硅芯片超級計算機要在100億年才能解決的大數(shù)因子分解問題。

將來，每個波長攜帶幾GB的光纖將廣泛用于家庭用戶，并且?guī)捲谀菚r不會成為問題。計算機網(wǎng)絡(luò)將更好

地服務(wù)于電話，視頻電話，電視，網(wǎng)絡(luò)訪問，安全監(jiān)控，家庭能源管理和其他設(shè)備。

2.3考研真題詳解

木章內(nèi)容不是考試重點，所以基木上沒有學(xué)校的考研試題涉及到木章內(nèi)容V因此，讀者可以簡單了解，不必

作為復(fù)習(xí)重點，本部分也就沒有選用考研真題。

第2篇計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

第3章系統(tǒng)總線

3.1復(fù)習(xí)筆記

一、總線的基本概念

總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)。倘若將CPU、主存和I/O設(shè)備都掛到一組總

線上，便形成單總線結(jié)構(gòu)的計算機。

在單總線基礎(chǔ)上又開辟出的一條CPU與主存之間的存儲總線，稱為雙總線結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。

系統(tǒng)總線

圖3-1以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖

二、總線的分類

1.片內(nèi)總線

片內(nèi)總線是指芯片內(nèi)部的總線。

2.系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是指CPU、主存、I/O設(shè)備各大部件之間傳輸線。按系統(tǒng)總線傳輸信息的不同，又可分為三類：數(shù)

據(jù)總線、地址總線和控制總線。

3.通信總線

這類總線用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的通信。

三、總線特性及性能指標

1.總線特性

①特性

機械特性是指總線在機械連接方式上的一些性能。

②電氣特性

電氣特性是指總線的每一根傳輸線上信號的傳遞方向和有效的電平范圍。

③功能特性

功能特性是指總線中每根傳輸線的功能。

④時間特性

時間特性是指總線中的任一根線在什么時間內(nèi)有效。

2.總線性能指標

總線性能指標如表3-1所示。

表3-1總線性能指標

總線寬度通常是指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)

總線帶寬總線帶寬可理解為總線的數(shù)據(jù)傳輸速率

時鐘同步/異步總線上的數(shù)據(jù)與時鐘同步(異步)工作的總線稱為同步(異步)總線

總線復(fù)用一條信號線上分時傳送多種信號

信號線數(shù)地址總線、數(shù)據(jù)總線利控制總線三種總線數(shù)的總和

總線控制方式包括突發(fā)工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計數(shù)方式等

其他指標如負載能力、電源電壓、總線寬度能否擴展等

3.總線標準

對硬件設(shè)計而言，使各個模塊的接口芯片設(shè)計相對獨立；對軟件設(shè)計而言，更有利丁接口軟件的模塊化設(shè)計。

B前流行的總線標準有以下幾種：

(l)ISA總線

(2)E1SA總線

(3)VESA(VL-BUS)總線

(4)PCI總線

(5)AGP總線

(6)RS-232c總線

(7)USB總線

四、總線結(jié)構(gòu)

1.單總線結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)簡單，也便于擴充，但所有的傳輸都通過這組共享總線，因此極易形成計算機系統(tǒng)的瓶頸。它也不

允許兩個以上的部件在同一時刻向總線傳輸信息，這就必然會影響系統(tǒng)工作效率的提高。如圖3-2所示。

系統(tǒng)總線

2.多總線結(jié)構(gòu)

雙總線結(jié)構(gòu)的特點是將速度較低的I/O設(shè)備從單總線上分離出來，形成主存總線與I/O總線分開的結(jié)構(gòu)。而

在三總線結(jié)構(gòu)中，任一時刻只能使用一種總線。主存總線與DMA總線不能同時對主存進行存取，I/O總線只有

在CPU執(zhí)行I/O指令的時候才能用到。為進一步提高I/O設(shè)備性能，使其更快響應(yīng)命令，出現(xiàn)了四總線結(jié)構(gòu)，

如圖3-3所示。

匚存

CPUCache/橋

局部總線系統(tǒng)總線

FAX串行接口

擴展總線

圖3-3四總線結(jié)構(gòu)

五、總線控制

L總線判優(yōu)控制

(1)鏈式查詢方式

為減少總線授權(quán)線數(shù)量，采用菊花鏈查詢方式，其中A表示地址線，D表示數(shù)據(jù)線。BS線為1表示總線正

被某外設(shè)使用，如圖3-4所示。

總

線

仲

裁

設(shè)備接口

器

①工作過程

鏈式查詢中，總線授權(quán)信號BG串行地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達的接口無總線

請求，則繼續(xù)往下查詢；假如BG到達的接口有總線請求，BG信號便不再往下查詢，這意味著該I/O接口就獲

得了總線控制權(quán)。由此可見，離總線仲裁器越遠，優(yōu)先級越低。

②優(yōu)缺點

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，只需較少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線仲裁；

缺點：對電路故隙很敏感，并且高優(yōu)先級的設(shè)備頻繁請求時，低優(yōu)先級的設(shè)備可能長期不能使用總線。

(2)計數(shù)器定時杳詢方式

計數(shù)器定時查詢方式原理如圖3-5所示。

數(shù)據(jù)線

.D

線

地址

總=>A

線

地址

仲設(shè)備

裁BS

器BR

接口

設(shè)備

接口

設(shè)備

接口

設(shè)備

n

1

方式

查詢

定時

數(shù)器

-5計

圖3

：