计算机体系结构与操作系统知识网络工程师培训教程全集PPT课件下载推荐.ppt

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存储器分为内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两大类。

内存储器可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。

RAM既可以读出数据，也可以写入数据，断电后数据消失。

ROM中的数据在制作时就存储在里面了，只能读出不能写入，断电后数据不会消失。

主存储器,主存储器又称内存储器或内存，直接与CPU相连，是主机不可缺少的一部分，用来存储计算机运行中的程序和各种数据。

主存由超大规模集成电路存储器芯片组成，存取速度快，但容量较小。

主存储器又分为RAM和ROM。

RAM（RandomAccessMemory）即随机存取存储器。

即可从其中读取信息，也可向其中写入信息。

开机之前RAM中没有信息，开机后操作系统对其管理，关机后其中的信息都将消失。

RAM中的信息可随时根据需要而改变。

Rom（ReadOnlyMemory）即只读存储器。

只可从其中读取信息，不可向其中写入信息，在开机之前ROM中已经事先存有信息，关机后其中的信息不会消失。

辅助存储器,辅助存储器又称为外存储器，或外存。

其容量相对较大，一般用来存放长期保存或相对来说暂时不用的各种程序和信息。

计算机实际执行程序和加工处理数据时，辅存中的信息需要先传送到主存后才能被CPU使用。

辅存容量大，能长期可靠地保存信息，存取方便目前，微机中常用辅存有软磁盘存储器，硬磁盘存储器和光盘存储器。

存储器层次结构图,后援存储器（磁带库、光盘）,辅助存储器（软盘、硬盘、光盘）,主存储器（DRAM）,Cache存储器,ALU寄存器,输入/输出设备,输入设备输入设备的任务是接受操作者提供给计算机的原始信息，并将其转换为计算机能识别和接受的信息方式。

最常用的输入设备有键盘和鼠标。

输出设备输出设备的主要作用是把计算机内部的数据转变为人们习惯接受的或能被其他机器所接受的信息形式输出。

常用的输出设备有显示器和打印机。

总线,定义总线上连接计算机各个部件的通信线路和相关的控制电路，三种信号数据信号（总线）-是CPU与内存输入/输出接口之间传输数据的通道地址信号（总线）-用于传送内存、输入/输出接口地址数据，CPU按此地址寻找数据控制信号（总线）-传送CPU发出或接收的控制信号。

总线（续）,微机中常用总线：

ISA总线：

工业标准总线，也叫AT总线，数据16位EISA总线：

扩展的工业标准总线与ISA总线兼容，数据线32位PCI总线：

局部总线标准，数据线32-64位。

总线,中央处理器,主存储器,输入/输出设备,中央处理器,总线,CPU工作原理,计算机运行程序的过程就是执行程序中指令的过程，执行指令有以下3个步骤：

取指令：

CPU根据其内部的程序计数器的内容，从存储器中取出对应的指令，同时程序计数器增加一个数，使其为下一条指令的地址。

分析指令：

CPU分析所取出的指令，确定要进行的操作。

执行指令：

CPU根据指令的分析结果，向有关的部件发出相应的控制信号，相关的部件进行工作，完成指令规定的操作。

按“存储程序原理”造出的就是“程序存储计算机”，也称为“冯诺依曼计算机”。

到目前为止，所有主流计算机都是这种计算机。

计算机的基本运行过程很简单，两步循环，“CPU基本循环”。

CPU每次从存储器取出要求它执行的下一条指令，然后按指令完成对应动作。

循环到程序执行完（遇到要求CPU停止工作的指令），或者永无休止地运行下去。

计算机的工作原理,指令指令的格式指令系统程序,指令,指令是用来规定计算机执行的操作和操作对象所在存储位置的一个二进位串。

一条指令由操作码和地址码两部分组成。

例如二地址指令格式如下：

操作码地址码1地址码2操作码：

具体说明指令的性质或功能，每条指令只有一个操作码地址码:

包括着操作数的来源，结果的去向或下一条指令的地址等信息，不同指令中地址码的个数可以不一样。

指令系统,指令系统定义一台计算机所能识别并执行的全部指令的集合，称为该台计算机的指令系统。

指令系统中有数以百计的不同指令。

兼容性问题每种CPU都有自己独特的指令系统，用某一类计算机的机器语言编制的程序难以在其他各类计算机上运行，这个问题称之为指令不兼容。

向下兼容：

如586机器语言向下兼容486机器语言程序。

指令的分类,数据传送指令算术运算指令逻辑运算指令移位运算指令位与位串操作控制与转移指令输入/输出指令其它指令,指令的执行,指令预取指令译码地址计算执行运算回送结果,并行计算机分类,根据指令流和数据流的不同，通常把计算机系统分为：

单指令流单数据流（SISD）单指令流多数据流（SIMD）多指令流单数据流（MISD）多指令流多数据流（MIMD）并行计算机系统绝大部分为MIMD系统，包括并行向量机（PVP，ParallelVectorProcessor）；

对称多处理机（SMP,SymmetricMultiprocessor）；

大规模并行处理机（MPP，MassivelyParallelProcessor）；

机群（Cluster）；

分布式共享存储多处理机（DSM，DistributiedSharedMemory）,SMP对称多处理机,SMP系统一般使用商品化微处理器，具有片上或外置高速缓存经由高速总线（或交叉开关）连向共享存储器。

每个处理器可等同地访问共享存储器、I/O设备和操作系统服务。

单一操作系统映像，全系统只有一个操作系统驻留在共享存储器中，它根据各个处理器的负载情况，动态地分配各个进程到各个处理器，并保持负载平衡；

低通信延迟，各个进程通过读/写操作系统提供的共享数据缓存区来完成处理器间的通信，其延迟通常小于网络通信延迟；

共享总线带宽，所有处理器共享总线带宽，完成对内存模块和I/O模块的访问。

SMP对称多处理机（续）,问题：

欠可靠，总线、存储器、操作系统失效可能导致系统崩溃；

可扩展性较差，由于所有处理器都共享总线带宽，而总线带宽每3年才增加2倍，赶不上处理器速度和存储容量的增长步伐，因此SMP的处理器个数一般少于64个，且只能提供每秒数百亿次的浮点运算。

SMP的典型代表有：

SGIPOWERChallengeXL系列、DECAlphaserver84005/440、HP9000/T600和IBMRS6000/R40。

SMP对称多处理机（续）,程序,为解决某一问题而设计的一系列指令称为程序。

程序和相关数据存放在存储器中，计算的工作就是执行存放在存储器中的程序。

计算机运行程序的过程就是一条一条地执行指令的过程。

程序的执行又自动地控制着整个计算机的全部操作。

这就是50年前美国数学家冯诺依曼提出的程序存储和程序控制的思想。

这也是目前计算机的基本工作方式。

二进制,B=kn*2n+k0*20+k-1*2-1+k-m*2-m基数为2，系数（数字）属于0,1110110

（2）=1*25+1*24+0*23+1*22+1*21+0*20=32+16+0+4+2+0=54（10）运算规则：

0+0=00+1=11+0=11+1=100*0=00*1=11*0=01*1=1,二进制与八、十六进制的对照,二进制与八进制的对照：

00000102100411060011011310151117二进制与十六进制的对照：

00000010041000811001200011010151001911011300102011061010101110140011301117101111111115常用A,B,C,D,E,F作为“数字”表示10到15。

二进制与十进制之间的转换,二进制转换到十进制可直接使用二进制数的值计算公式完成。

十进制到二进制的转换：

整数：

一般采用除余法，反复整除2，收集起各次的余数。

小数：

采用乘法，反复乘2，收集并去掉整数位。

（注意：

有限位精度的十进制小数可能无法用有限位二进制小数精确表示）包含整数和小数部分的数分两部分计算。

二进制表示范围,计算机里常用固定位数方式表示整数，常见：

16位：

06553532位：

0232-1（约40亿）64位：

0264-1（约1600亿亿）近似公式：

2101024103,二进制数位数与整数的表示范围的关系：

位数13816n范围0107025506553502n-1,数的符号与负数表示,有符号数取最高位表示符号，其余表示值。

为方便加减运算，计算机中的有符号数一般用模2补码表示。

对于n位的二进制数表示，正数的补码就是原来编码，负数N的补码N满足N+N2n。

其中N+是|N|的补码。

求负数补码的方式：

各二进制位求反，得到的数加1。

负数的符号也需要编码。

有符号数的表示范围,用n位二进制数表示有符号整数，范围：

位数816n范围-128127-3276832767-2n-12n-1-1,计算机中常见的有符号整数及其表示范围：

-327683276732位：

-231231-1（约-20亿到20亿）64位：

263263-1,小数与实数的编码,与科学记数法对应，X=0.nnn10mm，nnn尾数，mm指数。

浮点编码方式。

浮点编码中尾数和指数都采用带符号的二进制数表示，X=0.BBB2bb。

常见表示。

单精度：

32位，7位指数，23位尾数，分别有符号位。

范围约（10-381038），约7位10进制有效数字。

双精度：

64位，10位指数，52位尾数，表示范围约为（10-30810308），16到17位10进制有效数字。

文字信息的编码,字符集：

计算机上可以使用的基本字符集合。

标准字符集：

为与计算机交换信息而定义的字符编码标准。

如ASCII字符集是一种最常用的7位字符集，包含十进制数字字符、英文大小写字母、常用标点符号以及一些特殊控制字符（系统用）。

一个字符存一个字节。

文字信息是字符的序列，基于字符编码。

字符编码的基本方式：

将字符排一个顺序，用字符的顺序位置编号作为它的编码（是个整数）。

中文编码与国际码,随着国际交流增加，尤其是互联网，人们迫切需要在更大范围中方便地共享信息。

国际码Unicode希望将国际上各主要文字的字符统一在一起，建立一种统一的编码系统。

中文字符（中文字）也有几个编码标准（GB，Big5）。

中文字符数量大，通常用两个或更多字节存储。

计算机软件系统,计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序及其有关的资料。

计算机软件系统由系统软件和应用软件两大部分组成。

系统软件是为管理、监控和维护计算机资源所设计的软件，包括操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、实用程序等。

应用软件是为解