(资料)考研必备计算机组成原理第1章计算机系统概论

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1、第1章 计算机系统概论2007.7.21计算机组成原理第1章 计算机系统概论计算机是一种能够自动、高速解决数学问题及逻计算机是一种能够自动、高速解决数学问题及逻辑问题的现代化电子装置。一个完整的计算机系统由辑问题的现代化电子装置。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件构成了计算机硬件系统和软件系统两部分组成，硬件构成了计算机系统的物质基础，软件则是计算机系统的应用基础。系统的物质基础，软件则是计算机系统的应用基础。自从自从1946年第一台计算机年第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）诞生到第五）诞生到第五

2、代计算机的出现，计算机的硬件和软件正朝着相互渗代计算机的出现，计算机的硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展，计算机的应用领域也已经透、相互融合的方向发展，计算机的应用领域也已经涉及到了各行各业，现代计算机的设计理念和设计技涉及到了各行各业，现代计算机的设计理念和设计技术更是日新月异。术更是日新月异。2007.7.22计算机组成原理1.计算机系统的分类计算机系统的分类2.计算机硬件的组成及功能计算机硬件的组成及功能3.计算机软件的分类计算机软件的分类4.计算机的分类及应用领域计算机的分类及应用领域5.现代计算机应用技术现代计算机应用技术本章要点：本章要点：2007.7.23计算机组成原理

3、1.1计算机的硬件系统计算机的硬件系统计算机硬件（计算机硬件（Hardware）是指计算机系统使用的电子线路是指计算机系统使用的电子线路和电子元件等物理设备的总称。和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础，硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。是计算机系统的核心。2007.7.24计算机组成原理1.1.1 冯诺依曼计算机计算机硬件（计算机硬件（Hardware）是指计算机系统使用）是指计算机系统使用的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。2

4、0世纪世纪40年代中期，美国科学家冯年代中期，美国科学家冯诺依曼诺依曼大胆的提出了采用二进制作为数字计算机的数制基大胆的提出了采用二进制作为数字计算机的数制基础的理论。同时，他还提出了计算机组成结构、程础的理论。同时，他还提出了计算机组成结构、程序存储和程序设计等思想。人们把冯序存储和程序设计等思想。人们把冯诺依曼的这诺依曼的这些理论总结为冯些理论总结为冯诺依曼体系结构。诺依曼体系结构。2007.7.25计算机组成原理从从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼是当之无愧的数诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。字

5、计算机之父。冯冯诺依曼指出计算机硬件系统应由运算器、诺依曼指出计算机硬件系统应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成，基本结构框图如图成，基本结构框图如图1-1所示。根据冯诺依曼体系所示。根据冯诺依曼体系结构构成的计算机必须具有如下特征：结构构成的计算机必须具有如下特征：程序和数据在计算机中以二进制的方式执行。程序和数据在计算机中以二进制的方式执行。必须能够记忆程序、数据、中间结果及最终运必须能够记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果。算结果。2007.7.26计算机组成原理具有完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数具有完成各种算术、

6、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。据加工处理的能力。指令由操作码和地址码组成。指令由操作码和地址码组成。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。制机器的各部件协调操作。输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备存储器存储器图1-1 冯诺依曼型计算机的基本结构2007.7.27计算机组成原理半个世纪以来，计算机已发展为一个庞大的家半个世纪以来，计算机已发展为一个庞大的家族，尽管各种类型的计算机的性能、结构、应用等族，尽管各种类型的计算机的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基本组成结构却是相方面存在着差别

7、，但是它们的基本组成结构却是相同的。现代计算机仍然采用的是冯诺依曼体系结构，同的。现代计算机仍然采用的是冯诺依曼体系结构，硬件系统仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、硬件系统仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备构成。输出设备构成。1.1.2计算机硬件组成计算机硬件组成2007.7.28计算机组成原理在计算机中，运算器是一种执行部件。其主要在计算机中，运算器是一种执行部件。其主要任务是完成信息的加工处理。这些处理主要有加、任务是完成信息的加工处理。这些处理主要有加、减、乘、除等算术运算和与、或、非、异或、同或减、乘、除等算术运算和与、或、非、异或、同或等逻辑运算。运算器主要由运算逻辑

8、单元等逻辑运算。运算器主要由运算逻辑单元ALU和寄和寄存器两部分组成，寄存器部件用来提供参与运算的存器两部分组成，寄存器部件用来提供参与运算的操作数，并暂时存放运算结果，执行流程如图操作数，并暂时存放运算结果，执行流程如图1-2所所示。图中寄存器示。图中寄存器A和寄存器和寄存器B主要保存从内存储器取主要保存从内存储器取来的操作数，然后运算逻辑单元来的操作数，然后运算逻辑单元ALU对两个寄存器对两个寄存器中的数据进行算术或逻辑运算，并将运算结果送给中的数据进行算术或逻辑运算，并将运算结果送给寄存器寄存器A暂时存放。暂时存放。1. 运算器2007.7.29计算机组成原理寄存器寄存器A寄存器寄存器B

9、运算逻辑单元运算逻辑单元ALU图1-2 运算器结构图2007.7.210计算机组成原理数据在计算机中通常以二数据在计算机中通常以二进制数形式存储和运算，这是进制数形式存储和运算，这是因为二进制数的运算规律较为因为二进制数的运算规律较为简单。二进制数就是以简单。二进制数就是以2为基为基数来计数，即逢二进一，在二数来计数，即逢二进一，在二进制中只有进制中只有0和和1两个独立的两个独立的数符，而这恰好能够与电子器数符，而这恰好能够与电子器件中电压的高低、脉冲的有无件中电压的高低、脉冲的有无对应起来，在电路中容易实现。对应起来，在电路中容易实现。2007.7.211计算机组成原理控制器是计算机的控制中

10、心。控制器作为控制器是计算机的控制中心。控制器作为CPU（中央处理器）的核心部件主要用来协调计算（中央处理器）的核心部件主要用来协调计算机的工作，完成程序信息的处理和数据的输入机的工作，完成程序信息的处理和数据的输入/输出。输出。控制器的实现方法有两种，即组合逻辑方法和控制器的实现方法有两种，即组合逻辑方法和微程序控制方法。组合逻辑方法的特点是以集成电微程序控制方法。组合逻辑方法的特点是以集成电路来产生指令执行的微操作信号。具有程序执行的路来产生指令执行的微操作信号。具有程序执行的速度快，控制单元的体积小等优点。近年来随着集速度快，控制单元的体积小等优点。近年来随着集成电路技术的迅速发展，组合

11、逻辑方法得到了广泛成电路技术的迅速发展，组合逻辑方法得到了广泛的应用。的应用。2.控制器控制器2007.7.212计算机组成原理微程序控制方法相对于组合逻辑方法来说设计微程序控制方法相对于组合逻辑方法来说设计过程比较复杂，但并不像设计组合逻辑控制电路那过程比较复杂，但并不像设计组合逻辑控制电路那么烦琐、不规则，而是有一定规律可循，修改起来么烦琐、不规则，而是有一定规律可循，修改起来也方便。尤其是可编程只读存储器的应用，为微程也方便。尤其是可编程只读存储器的应用，为微程序控制器的设计提供了更大的灵活性和适用性，进序控制器的设计提供了更大的灵活性和适用性，进而使微程序设计技术的应用越来越广泛。目前

12、已在而使微程序设计技术的应用越来越广泛。目前已在中、小型和微型计算机中得到广泛的应用，只是在中、小型和微型计算机中得到广泛的应用，只是在一些巨型、大型计算机中，由于速度的限制不宜采一些巨型、大型计算机中，由于速度的限制不宜采用微程序控制技术。用微程序控制技术。2007.7.213计算机组成原理存储器的主要功能是存放程序与数据。程序是存储器的主要功能是存放程序与数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。程计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。程序和数据在存储器中都是以二进制的形式表示，每序和数据在存储器中都是以二进制的形式表示，每8位二进制划分为一个存储单元。访问存储单元中程位二

13、进制划分为一个存储单元。访问存储单元中程序与数据必须先给出该单元地址。序与数据必须先给出该单元地址。存储器主要由存储体、地址寄存器与译码线路、存储器主要由存储体、地址寄存器与译码线路、读写电路与数据寄存器、控制线路等构成，包括读写电路与数据寄存器、控制线路等构成，包括ROM（只读存储器）和（只读存储器）和RAM（随机存取存储器）两（随机存取存储器）两种。种。3.存储器存储器2007.7.214计算机组成原理输入设备的任务是输入设备的任务是输入用户提供的原始信输入用户提供的原始信息，并且将其转换为计息，并且将其转换为计算机能识别的信息。常算机能识别的信息。常用的输入设备有：键盘、用的输入设备有：

14、键盘、鼠标、扫描仪等。鼠标、扫描仪等。4.输入设备输入设备2007.7.215计算机组成原理输出设备的任务是将计算机的处理结果以能被输出设备的任务是将计算机的处理结果以能被人们接受的或能为其他计算机所接受的形式输出。人们接受的或能为其他计算机所接受的形式输出。常用的输出设备有：打印机、显示器、绘图仪等。常用的输出设备有：打印机、显示器、绘图仪等。一般情况下，由于输入、输出设备种类繁多而一般情况下，由于输入、输出设备种类繁多而且速度各异，因此它们一般不是直接同高速工作的且速度各异，因此它们一般不是直接同高速工作的主机相连接，而是通过适配器部件与主机相联系，主机相连接，而是通过适配器部件与主机相联

15、系，适配器的作用相当于一个转换器。适配器的作用相当于一个转换器。5.输出设备输出设备2007.7.216计算机组成原理说明：除了上述五个部件外，计算机系统说明：除了上述五个部件外，计算机系统中还必须有总线。计算机通过总线将五大部件中还必须有总线。计算机通过总线将五大部件连接起来，总线是它们相互通信的公共通路，连接起来，总线是它们相互通信的公共通路，主要任务是在各部件之间传送地址信息、数据主要任务是在各部件之间传送地址信息、数据信息和控制信息。因此，总线通常包括数据总信息和控制信息。因此，总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线。线、地址总线和控制总线。思考：思考：联联系系实际应实际应用，用，请

16、请列列举举你所熟你所熟知知计计算机的算机的输输入入/输输出出设备设备都有那些？都有那些？2007.7.217计算机组成原理1.2 计算机的软件系统监控程序计算机软件系统语言处理程序应用软监控程序计算机软件系统语言处理程序应用软件科学计算件科学计算数据处理自动控制系统软件操作系统工数据处理自动控制系统软件操作系统工程设计程设计软件（软件（Software）是计算机系统中使用的各种）是计算机系统中使用的各种程序，而软件系统是指挥整个计算机硬件系统工作程序，而软件系统是指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。软件系统所包含的内容非常丰富，因的程序集合。软件系统所包含的内容非常丰富，因而对其分类也较为困

17、难。图而对其分类也较为困难。图1-3给出了现代计算机系给出了现代计算机系统的软件分类，整个软件系统按其功能分为系统软统的软件分类，整个软件系统按其功能分为系统软件和应用软件两大类。件和应用软件两大类。2007.7.218计算机组成原理监控程序计算机软件系统语言处理程序应用软件科学计算 数据处理 自动控制系统软件操作系统工程设计图1-3 计算机的软件系统2007.7.219计算机组成原理系统软件主要功能是对整个计算机系统进行调系统软件主要功能是对整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务等。它能够使系统的各种资度、管理、监视及服务等。它能够使系统的各种资源得到合理的调度和高效的使用，并能监视系统的

18、源得到合理的调度和高效的使用，并能监视系统的运行状态，一旦出现故障就能自动保护现场信息使运行状态，一旦出现故障就能自动保护现场信息使之不受破坏，并诊断出故障部位。它还可以帮助用之不受破坏，并诊断出故障部位。它还可以帮助用户调试程序、查找程序中的错误等。户调试程序、查找程序中的错误等。1.2.1系统软件系统软件系统软件主要分类及其基本功能如下：系统软件主要分类及其基本功能如下：2007.7.220计算机组成原理操作系统是一组控制程序的总称。可以用它控操作系统是一组控制程序的总称。可以用它控制和管理计算机的各种资源，实现计算机系统运行制和管理计算机的各种资源，实现计算机系统运行自动化。它是系统软件

19、中最核心的组成部分，其主自动化。它是系统软件中最核心的组成部分，其主要任务有两个：一是管好计算机系统的全部资源，要任务有两个：一是管好计算机系统的全部资源，使它们能充分发挥作用、高效率的工作。在这里所使它们能充分发挥作用、高效率的工作。在这里所提及的资源是指计算机系统的各种功能部件，主要提及的资源是指计算机系统的各种功能部件，主要包括微处理器、存储器、各种外部设备、各种软件。包括微处理器、存储器、各种外部设备、各种软件。二是为计算机系统和用户之间提供接口，使用户利二是为计算机系统和用户之间提供接口，使用户利用操作系统提供的功能去使用计算机，进而在用户用操作系统提供的功能去使用计算机，进而在用户

20、面前展现的是一台功能强、使用方便的计算机。面前展现的是一台功能强、使用方便的计算机。1.操作系统（操作系统（OperatingSystem）2007.7.221计算机组成原理一台计算机可以配置不同类型的操作系统，常一台计算机可以配置不同类型的操作系统，常用的操作系统类型有：用的操作系统类型有：（1）单用户操作系统，用于系统规模不大又要）单用户操作系统，用于系统规模不大又要求完成较广泛任务的场合，例如：求完成较广泛任务的场合，例如：MS-DOS、PC-DOS、CP/M等。等。操作系统由执行程序、操作系统由执行程序、调度程序、中断处理和中调度程序、中断处理和中断服务程序、设备处理程断服务程序、设备

21、处理程序、存储管理程序、程序序、存储管理程序、程序库管理程序等模块组成。库管理程序等模块组成。2007.7.222计算机组成原理（2）多用户操作系统，又称为分时系统，用于）多用户操作系统，又称为分时系统，用于多个用户需要同时使用计算机的场合，例如：多个用户需要同时使用计算机的场合，例如：Unix、Linux、OS/2、Windows98/2000/XP、WindowsVista等。等。（3）网络操作系统，用于需要对网络信息进行）网络操作系统，用于需要对网络信息进行管理，实现信息共享的场合，例如：管理，实现信息共享的场合，例如：NetWare、WindowsNT等。等。（4）实时操作系统，用于在

22、严格时间范围内，）实时操作系统，用于在严格时间范围内，对外部请求做出反应，系统具有高度可靠性的场合，对外部请求做出反应，系统具有高度可靠性的场合，例如：例如：WindowsCE、UcLinux、Rdos等。等。2007.7.223计算机组成原理目前，新一代操作系统目前，新一代操作系统WindowsVista已投入已投入使用。使用。WindowsVista是美国微软公司开发代号为是美国微软公司开发代号为长角长角(Longhorn)的下一版本的下一版本MicrosoftWindows操操作系统的正式名称。它是继作系统的正式名称。它是继WindowsXP和和WindowsServer2003之后的又

23、一重要的操作系统。之后的又一重要的操作系统。该系统带有许多新的特性和技术，改进或新增加了该系统带有许多新的特性和技术，改进或新增加了包括包括Windows防火墙、无线网络链接、家长控制、防火墙、无线网络链接、家长控制、安全中心、安全中心、WindowsMovieMaker、图片库、反、图片库、反病毒、间谍软件、网络映射、搜索、图片收藏夹、病毒、间谍软件、网络映射、搜索、图片收藏夹、WindowsMediaPlayer、支持、支持RSS的的OutlookExpress、P2PMessenger等更多功能。等更多功能。2007.7.224计算机组成原理用户往往是用某一种程序设计语言来编写程序，用户

24、往往是用某一种程序设计语言来编写程序，也就是常说的源程序。但计算机只能识别二进制信也就是常说的源程序。但计算机只能识别二进制信息，语言处理程序的实质就是完成翻译计算机各种息，语言处理程序的实质就是完成翻译计算机各种语言的一组程序。其主要任务是对用户使用的各种语言的一组程序。其主要任务是对用户使用的各种语言进行处理，进而使计算机能完成用户以各种语语言进行处理，进而使计算机能完成用户以各种语言所描述的任务。在软件分类中，除了将语言处理言所描述的任务。在软件分类中，除了将语言处理程序划分为系统软件外，各种程序设计语言也被视程序划分为系统软件外，各种程序设计语言也被视为系统软件。在计算机应用中，程序设

25、计语言主要为系统软件。在计算机应用中，程序设计语言主要包括以下种类。包括以下种类。2.语言处理程序语言处理程序2007.7.225计算机组成原理（1）机器语言：是一种用二进制形式表示的，并且）机器语言：是一种用二进制形式表示的，并且能够直接被计算机硬件识别和执行的语言。机器语言与计算能够直接被计算机硬件识别和执行的语言。机器语言与计算机的逻辑结构相关，也就是说，机器语言因计算机不同而异。机的逻辑结构相关，也就是说，机器语言因计算机不同而异。利用机器语言编写的程序称之为机器语言程序。机器语言的利用机器语言编写的程序称之为机器语言程序。机器语言的缺点是：不易书写，可阅读性差，出错也不易修改。缺点是

26、：不易书写，可阅读性差，出错也不易修改。（2）汇编语言：是一种将机器语言符号化的语言，）汇编语言：是一种将机器语言符号化的语言，它用形象、直观、便于记忆的字母、符号来代替数字编码的它用形象、直观、便于记忆的字母、符号来代替数字编码的机器指令。汇编语言的语句与机器指令一一对应，不同的计机器指令。汇编语言的语句与机器指令一一对应，不同的计算机具有不同的汇编语言。用汇编语言写的程序称为汇编语算机具有不同的汇编语言。用汇编语言写的程序称为汇编语言程序。例如：言程序。例如：Nasm、Masm、Tasm等都属于汇编语言程等都属于汇编语言程序。序。2007.7.226计算机组成原理（3）高级语言：是一种与具

27、体计算机逻辑结）高级语言：是一种与具体计算机逻辑结构不相关的，表达方式接近于被描述的问题的程序构不相关的，表达方式接近于被描述的问题的程序设计语言。高级语言程序具可书写性和可阅读性强设计语言。高级语言程序具可书写性和可阅读性强等优点。高级语言程序在计算机并不能直接执行，等优点。高级语言程序在计算机并不能直接执行，需要利用编译程序或解释程序将其翻译成机器语言需要利用编译程序或解释程序将其翻译成机器语言程序后再执行。例如：程序后再执行。例如：Basic、Fortran、Pascal、C语言、语言、Delphi、C+、Java等都属于高级语言程等都属于高级语言程序。序。（4）面向对象语言：是当今软件

28、开发的主流）面向对象语言：是当今软件开发的主流方法和技术。面向对象语言具有的抽象性、封装性、方法和技术。面向对象语言具有的抽象性、封装性、模块性、继承性和多态性，以及支持自顶向下和自模块性、继承性和多态性，以及支持自顶向下和自底向上的软件开发风范和良好的可维护性日益被人底向上的软件开发风范和良好的可维护性日益被人们重视。们重视。2007.7.227计算机组成原理并且面向对象的思想已经渗透到了计算机科学并且面向对象的思想已经渗透到了计算机科学的其他领域，如操作系统、人工智能、数据库、分的其他领域，如操作系统、人工智能、数据库、分布式计算和并行计算等领域，并成为这些领域的研布式计算和并行计算等领域

29、，并成为这些领域的研究热点。例如：究热点。例如：Java、C+、VisualBasic、VisualC+、Delphi等都属于面向对象语言。等都属于面向对象语言。注意：面向对象语言均属于高级语注意：面向对象语言均属于高级语言，但并不是所有的高级语言都是言，但并不是所有的高级语言都是面向对象语言，例如：面向对象语言，例如：C语言是高语言是高级语言但不是面向对象语言。级语言但不是面向对象语言。2007.7.228计算机组成原理服务性程序又称实用程序，是为系统提供各种服务性程序又称实用程序，是为系统提供各种服务性手段而设置的一组程序。其主要功能是完成服务性手段而设置的一组程序。其主要功能是完成对用户

30、程序的装入、连接、编辑、查错和纠错以及对用户程序的装入、连接、编辑、查错和纠错以及硬件故障诊断等工作。服务性程序执行的过程和详硬件故障诊断等工作。服务性程序执行的过程和详细功能如下：细功能如下：3.服务性程序服务性程序（1）装入计算机。在使用计算机时，首先必）装入计算机。在使用计算机时，首先必须将程序从机器的外部经由各种外部设备（如磁盘须将程序从机器的外部经由各种外部设备（如磁盘驱动器等）装入内存，这个功能由装入程序完成。驱动器等）装入内存，这个功能由装入程序完成。2007.7.229计算机组成原理（2）连接程序。在实际应用中，一个大的源程）连接程序。在实际应用中，一个大的源程序常被分成若干个

31、相对独立的程序模块，分别编译序常被分成若干个相对独立的程序模块，分别编译为相应的目标模块，这些独立的目标模块必须连成为相应的目标模块，这些独立的目标模块必须连成一个程序后才能投入运行。完成这一功能的程序叫一个程序后才能投入运行。完成这一功能的程序叫做连接程序。做连接程序。（3 3）编辑程序。编辑程序是为用户编制源程）编辑程序。编辑程序是为用户编制源程序提供的一种编辑手段，利用它用户可以方便的序提供的一种编辑手段，利用它用户可以方便的编写、修改、删除或补充源程序。编写、修改、删除或补充源程序。2007.7.230计算机组成原理（4）数制转换程序。数制转换程序可以使用户）数制转换程序。数制转换程序

32、可以使用户直接用十进制数输入，由计算机自动转换成所能识直接用十进制数输入，由计算机自动转换成所能识别的二进制数。别的二进制数。（5）诊断程序。诊断程序用于诊断硬件的故）诊断程序。诊断程序用于诊断硬件的故障。当机器在运行中出现故障时，诊断程序启动障。当机器在运行中出现故障时，诊断程序启动运行，查出机器的故障部位。运行，查出机器的故障部位。2007.7.231计算机组成原理数据库管理系统（数据库管理系统（DatabaseManagementSystems），简称），简称DBMS，是管理数据库的软件。数据库是为适应大是管理数据库的软件。数据库是为适应大型企业的数据处理和信息管理的需要而在型企业的数据

33、处理和信息管理的需要而在文件系统的基础上发展起来的。文件系统的基础上发展起来的。4.数据库管理系统数据库管理系统 文件是一组相互关联的信息（称之为记录）的集文件是一组相互关联的信息（称之为记录）的集合，即文件描述具有相同性质的一组记录。对这些文合，即文件描述具有相同性质的一组记录。对这些文件的组织和管理的程序构成了文件系统，它是操作系件的组织和管理的程序构成了文件系统，它是操作系统的一个组成部分，但由于各个用户建立的文件系统统的一个组成部分，但由于各个用户建立的文件系统其数据不能共享，造成大量重复，容易产生数据的结其数据不能共享，造成大量重复，容易产生数据的结构不一致性，而且各种文件缺乏统一的

34、管理机构。构不一致性，而且各种文件缺乏统一的管理机构。2007.7.232计算机组成原理为了克服上述缺点，数据库用一个单独的为了克服上述缺点，数据库用一个单独的系统软件来集中管理所有的文件，实现数据共系统软件来集中管理所有的文件，实现数据共享，这就是数据库管理系统。例如：享，这就是数据库管理系统。例如：FoxPro、Access、Oracle、SQLServer等都属于数据等都属于数据库管理系统。库管理系统。1.2.2应用软件应用软件 应用软件是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序，是指除了系统软件以外的所有软件，由各种应用软件包和面向问题的各种应用程序组成。由

35、于计算机已渗透到了各个领域，因此，应用软件是多种多样的。2007.7.233计算机组成原理应用软件主要是为用户提供在各个具体应用应用软件主要是为用户提供在各个具体应用领域中的辅助功能，它也是绝大多数用户学习、使领域中的辅助功能，它也是绝大多数用户学习、使用计算机时最感兴趣的内容。如计算机辅助绘图软用计算机时最感兴趣的内容。如计算机辅助绘图软件件AutoCAD、办公软件、办公软件Office、图形图像处理软、图形图像处理软件件Photoshop、网络下载软件网际快车、迅雷等。、网络下载软件网际快车、迅雷等。说明：对计算机软件分类，系统软件和应用软说明：对计算机软件分类，系统软件和应用软件的划分并

36、不是一成不变的，一些具有通用价值的件的划分并不是一成不变的，一些具有通用价值的应用程序也可纳入系统软件之中，作为一种资源提应用程序也可纳入系统软件之中，作为一种资源提供给用户。供给用户。2007.7.234计算机组成原理现代计算机是一个十分复杂的硬件、软件结合现代计算机是一个十分复杂的硬件、软件结合的整体。计算机系统的工作过程是软硬件分层次相的整体。计算机系统的工作过程是软硬件分层次相互配合完成的，计算机系统的层次结构如图互配合完成的，计算机系统的层次结构如图1-4所示所示的。图中表明了计算机系统的硬件与软件之间的相的。图中表明了计算机系统的硬件与软件之间的相互关系，同时也说明了从用户提出任务

37、到硬件执行互关系，同时也说明了从用户提出任务到硬件执行的过程。的过程。1.2.3计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构2007.7.235计算机组成原理计算机系统的层次结构共分为五级。第计算机系统的层次结构共分为五级。第1级是微级是微程序设计级，这是一个实际存在的硬件级，由硬件程序设计级，这是一个实际存在的硬件级，由硬件直接执行微指令。第直接执行微指令。第2级是机器语言级，它由微程序级是机器语言级，它由微程序解释机器指令系统，该级也属于硬件级。第解释机器指令系统，该级也属于硬件级。第3级是操级是操作系统级，该级采用机器语言解释执行，既涉及软作系统级，该级采用机器语言解释执行，既涉及软件资源，

38、也涉及硬件资源，即在操作系统的控制之件资源，也涉及硬件资源，即在操作系统的控制之下调用系统的硬件与软件资源。第下调用系统的硬件与软件资源。第4级是汇编语言级，级是汇编语言级，这一级由汇编程序支持和执行。第这一级由汇编程序支持和执行。第5级是高级语言级，级是高级语言级，这一级由各种高级语言编译程序支持和执行，它是这一级由各种高级语言编译程序支持和执行，它是面向用户的，所编写的程序称之为用户程序，这一面向用户的，所编写的程序称之为用户程序，这一级也属于软件级。级也属于软件级。2007.7.236计算机组成原理高级语言级汇编语言级操作系统级机器语言级微程序设计级第5级 用编译程序翻译成汇编语言程序第

39、4级 用汇编程序翻译成机器语言程序第3级 用机器语言解释操作系统第2级 用微程序解释机器指令第1级 由硬件直接执行微指令图1-4 计算机系统层次结构2007.7.237计算机组成原理总之，随着大规模集成电路技术的发展和计总之，随着大规模集成电路技术的发展和计算机系统结构的不断改进，计算机的应用范围越算机系统结构的不断改进，计算机的应用范围越来越广。现在已经产生了一种固件技术，可以把来越广。现在已经产生了一种固件技术，可以把一些常用的程序直接制作成硬件的器件，以硬件一些常用的程序直接制作成硬件的器件，以硬件方式来实现软件功能。固件技术的研究已成为重方式来实现软件功能。固件技术的研究已成为重要的研

40、究课题，随着固件技术的发展，现代计算要的研究课题，随着固件技术的发展，现代计算机的软件和硬件都将得到进一步的简化。机的软件和硬件都将得到进一步的简化。思考：结合软件分类的方法，请对你思考：结合软件分类的方法，请对你日常生活、学习所用的软件进行合理日常生活、学习所用的软件进行合理的分类，并说明原因。的分类，并说明原因。2007.7.238计算机组成原理1.3 计算机系统的发展与应用1.3.1计算机的发展简史计算机的发展简史1946年，美国宾夕法尼亚大学研制出了世界年，美国宾夕法尼亚大学研制出了世界上第一台电子数字计算机，这台计算机的名字称上第一台电子数字计算机，这台计算机的名字称为为ENIAC(

41、ElectronicNumericalIntegratorandCalculator)，即电子数值积分计算机。它采，即电子数值积分计算机。它采用了用了18000个电子管，重个电子管，重30吨，占地吨，占地170平方米。平方米。该机的字长为该机的字长为10位十进制，计算速度每秒位十进制，计算速度每秒5000次，次，每次最多只能存储每次最多只能存储20个字长为个字长为10位的十进制数。位的十进制数。计算程序是通过计算程序是通过“外接外接”的线路实现的。这台的线路实现的。这台ENIAC是一个专用机，它是最早诞生的一台电子是一个专用机，它是最早诞生的一台电子数字计算机，是现代计算机始祖。数字计算机，是

42、现代计算机始祖。2007.7.239计算机组成原理自自1946年第一台电子年第一台电子数字计算机问世以来，计数字计算机问世以来，计算机的发展以计算机硬件算机的发展以计算机硬件的逻辑元器件为标志，大的逻辑元器件为标志，大致经历了电子管、晶体管、致经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规中小规模集成电路到大规模和超大规模集成电路等模和超大规模集成电路等4个发展阶段。个发展阶段。2007.7.240计算机组成原理从从1946年至年至1956年是电子管数字计算机时代。年是电子管数字计算机时代。计算机的逻辑元件采用电子管。主存储器采用磁芯、计算机的逻辑元件采用电子管。主存储器采用磁芯、磁鼓，外存采用

43、磁带。电子管数字计算机主要特点磁鼓，外存采用磁带。电子管数字计算机主要特点是体积大、功耗大、运算速度每秒只有几千次到几是体积大、功耗大、运算速度每秒只有几千次到几万次、价格昂贵、可靠性差。程序设计主要采用机万次、价格昂贵、可靠性差。程序设计主要采用机器语言和汇编语言。主要应用于科学计算。虽然，器语言和汇编语言。主要应用于科学计算。虽然，电子管数字计算机有很多缺陷，但是它的体系结构电子管数字计算机有很多缺陷，但是它的体系结构和程序设计思想为以后计算机的高速发展奠定了科和程序设计思想为以后计算机的高速发展奠定了科学基础。学基础。1第一代计算机第一代计算机2007.7.241计算机组成原理从从195

44、7年至年至1964年是晶体管数字计算机时代。年是晶体管数字计算机时代。计算机的逻辑元件采用晶体管。主存储器采用磁芯，计算机的逻辑元件采用晶体管。主存储器采用磁芯，外存储器采用先进的磁盘。晶体管数字计算机主要外存储器采用先进的磁盘。晶体管数字计算机主要特点是体积小、重量轻、耗电少、运算速度每秒达特点是体积小、重量轻、耗电少、运算速度每秒达十万次以上、可靠性好。晶体管数字计算机的出现十万次以上、可靠性好。晶体管数字计算机的出现使软件有了很大的发展，出现了多种用途的操作系使软件有了很大的发展，出现了多种用途的操作系统，以及各种各样的高级语言，如统，以及各种各样的高级语言，如FORTRAN、COBOL

45、等高级语言。应用以各种数据处理、事务处等高级语言。应用以各种数据处理、事务处理为主，并开始用于工业控制。理为主，并开始用于工业控制。2第二代计算机第二代计算机 2007.7.242计算机组成原理从从1965年至年至1970年是集成电路计算机时代。计年是集成电路计算机时代。计算机的逻辑元件采用中、小规模集成电路；用半导算机的逻辑元件采用中、小规模集成电路；用半导体存储器代替磁芯存储器，采用流水线、多道程序体存储器代替磁芯存储器，采用流水线、多道程序和并行处理技术。集成电路计算机主要特点是体积和并行处理技术。集成电路计算机主要特点是体积更小、速度快、精度高、功能强、计算机成本进一更小、速度快、精度

46、高、功能强、计算机成本进一步下降。在此期间软件向系列化、多样化发展，软步下降。在此期间软件向系列化、多样化发展，软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言已经出现，并且提出了模块化与结构化程序级语言已经出现，并且提出了模块化与结构化程序设计的思想。在发展大型机的同时，设计的思想。在发展大型机的同时，“小型计算机小型计算机”开始出现。计算机品种开始向多样化、系列化发开始出现。计算机品种开始向多样化、系列化发展，应用领域不断扩大。展，应用领域不断扩大。3第三代计算机第三代计算机 2007.7.243计算机组成原理从从1971年以后是大规模和超大

47、规模集成电路计年以后是大规模和超大规模集成电路计算机时代。计算机的逻辑元件以大、超大规模集成算机时代。计算机的逻辑元件以大、超大规模集成电路为主要功能器件。大规模和超大规模集成电路电路为主要功能器件。大规模和超大规模集成电路计算机主要特点是速度更快、集成度更高、软件丰计算机主要特点是速度更快、集成度更高、软件丰富、有通讯功能、软硬密切配合。在此期间硬件和富、有通讯功能、软硬密切配合。在此期间硬件和软件的技术日益完善，计算速度每秒千万次软件的技术日益完善，计算速度每秒千万次/亿次以亿次以上，计算机结构也开始以分布式处理来组织系统。上，计算机结构也开始以分布式处理来组织系统。同时，大型机、中型机、

48、超小型机、计算机网络、同时，大型机、中型机、超小型机、计算机网络、智能模拟、软件工程等都有了新的发展。应用开始智能模拟、软件工程等都有了新的发展。应用开始进入尖端科学、军事工程、空间技术和大型事务处进入尖端科学、军事工程、空间技术和大型事务处理等社会技术和社会生活各个领域。理等社会技术和社会生活各个领域。4第四代计算机第四代计算机2007.7.244计算机组成原理随着大规模集成电路的发展，随着大规模集成电路的发展，20世纪世纪70年代计算机开年代计算机开始向微型化方向展。始向微型化方向展。1971年美国年美国Inter公司设计生产出了公司设计生产出了第一个微处理器，而后与第一个微处理器，而后与

49、IBM公司合作生产了第一台微型公司合作生产了第一台微型计算机，开创了微型计算机的新时代。计算机，开创了微型计算机的新时代。微型计算机具有体积小、重量轻、功耗低、功能强、微型计算机具有体积小、重量轻、功耗低、功能强、可靠性高、结构灵活、使用环境要求低、价格低廉等一系可靠性高、结构灵活、使用环境要求低、价格低廉等一系列特点和优点，得到了广泛的应用和飞速的发展。目前，列特点和优点，得到了广泛的应用和飞速的发展。目前，微型计算机已进入双核心甚至多核心时代。传统单核处理微型计算机已进入双核心甚至多核心时代。传统单核处理器相比，又双核心处理器加入了五项主要改革：宽动态指器相比，又双核心处理器加入了五项主要

50、改革：宽动态指令执行、智能令执行、智能电源电源管理（、智能缓存技术、智能缓存加速管理（、智能缓存技术、智能缓存加速及高级数字媒体增强。新技术的应用使双核心处理器在工及高级数字媒体增强。新技术的应用使双核心处理器在工作效率、节能、多媒体操作以及网络操作方面表现的更为作效率、节能、多媒体操作以及网络操作方面表现的更为优越。优越。2007.7.245计算机组成原理从从80年代开始，日本、美国和欧洲纷纷进行第年代开始，日本、美国和欧洲纷纷进行第五代计算机的研制工作，目前第五代计算机有以下五代计算机的研制工作，目前第五代计算机有以下几个研究方向：几个研究方向：（2 2）生物计算机运用生物工程技术，）生物

51、计算机运用生物工程技术，蛋白分子作芯片，可以使计算机体积更小，存储蛋白分子作芯片，可以使计算机体积更小，存储量更大，智能化更强；量更大，智能化更强；（1 1）神经网络计算机模拟人的大脑思维，）神经网络计算机模拟人的大脑思维，可同时并行处理大量实时变化的数据，并引出结可同时并行处理大量实时变化的数据，并引出结论；论；2007.7.246计算机组成原理小知识：生物计算机一旦研制成功，其运算速度是生物计算机一旦研制成功，其运算速度是目前传统计算机根本无法比拟的，它几十小时的运算量就目前传统计算机根本无法比拟的，它几十小时的运算量就相当于目前全球所有计算机运算量的总和。生物计算机的相当于目前全球所有计

52、算机运算量的总和。生物计算机的存储量也大得惊人。科学家采用有机的蛋白质分子构成的存储量也大得惊人。科学家采用有机的蛋白质分子构成的生物芯片代替由无机材料制作的硅芯片，其大小仅为现在生物芯片代替由无机材料制作的硅芯片，其大小仅为现在所用的硅芯片的十万分之一，而集成度却极大地提高，如所用的硅芯片的十万分之一，而集成度却极大地提高，如用血红素制成的生物芯片，用血红素制成的生物芯片，1平方毫米能容纳平方毫米能容纳10亿个门电亿个门电路，其开关速度达到路，其开关速度达到10微微秒。此外生物芯片具备的低阻微微秒。此外生物芯片具备的低阻抗、低能耗的性质使他们摆脱了传统半导体元件散热的困抗、低能耗的性质使他们

53、摆脱了传统半导体元件散热的困扰，从而克服了长期以来集成电路制作工艺复杂、电路因扰，从而克服了长期以来集成电路制作工艺复杂、电路因故障发热熔化以及能量消耗大等弊端，给计算机的进一步故障发热熔化以及能量消耗大等弊端，给计算机的进一步发展开拓了广阔的前景。此外，生物计算机的元件密度比发展开拓了广阔的前景。此外，生物计算机的元件密度比人的神经密度还要高人的神经密度还要高100万倍，而且其传递信息的速度也万倍，而且其传递信息的速度也比人脑进行思维的速度快比人脑进行思维的速度快100万倍。它即快捷，又准确，万倍。它即快捷，又准确，可以直接接受人脑的指挥，成为人脑的外延或扩充部分，可以直接接受人脑的指挥，成

54、为人脑的外延或扩充部分，它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量，而不需要外它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量，而不需要外界的任何其他能量。界的任何其他能量。2007.7.247计算机组成原理（3）光子计算机用光作为信息载体，通过）光子计算机用光作为信息载体，通过对光的处理来完成对信息的处理，可提高运算速度、对光的处理来完成对信息的处理，可提高运算速度、降低耗能。降低耗能。新一代计算机与前四代计算机的本质区别是：新一代计算机与前四代计算机的本质区别是：计算机的主要功能将从信息处理上升为知识处理，计算机的主要功能将从信息处理上升为知识处理，使计算机具有人类的某些智能，所以又称为人工智使计算机具

55、有人类的某些智能，所以又称为人工智能计算机。通常认为，第五代计算机具有以下几个能计算机。通常认为，第五代计算机具有以下几个方面的功能：方面的功能：（1）具有处理各种信息的能力。除目前计算具有处理各种信息的能力。除目前计算机能处理离散数据外，第五代计算机还能对声音、机能处理离散数据外，第五代计算机还能对声音、文字和图象等形式的信息进行识别处理。文字和图象等形式的信息进行识别处理。2007.7.248计算机组成原理（2）具有学习、联想、推理和解释问题的能力。）具有学习、联想、推理和解释问题的能力。（3）具有对人的自然语言的理解能力。即只需把要处）具有对人的自然语言的理解能力。即只需把要处理或计算的

56、问题，用自然语言写出要求及说明，计算机就能理或计算的问题，用自然语言写出要求及说明，计算机就能理解其意，按人的要求进行处理或计算，而现在的计算机需理解其意，按人的要求进行处理或计算，而现在的计算机需要使用专门的计算机语言把处理过程与数据描述出来。对第要使用专门的计算机语言把处理过程与数据描述出来。对第五代计算机来说，只需告诉它五代计算机来说，只需告诉它“做什么做什么”，而不必告诉它，而不必告诉它“怎么做怎么做”。总之，第五代计算机将采用多媒体技术把声音、图形、总之，第五代计算机将采用多媒体技术把声音、图形、图象系统、计算机系统和通讯系统集成为一个整体，使计算图象系统、计算机系统和通讯系统集成为

57、一个整体，使计算机具有像人一样的能听、能看、能想、能说、能写等功能，机具有像人一样的能听、能看、能想、能说、能写等功能，甚至研制生产出具有某些甚至研制生产出具有某些“情感情感”、“智力智力”的计算机产品。的计算机产品。思考：思考：请结合智能计算机的发展情况，请结合智能计算机的发展情况，智能计算机在实际生活中的应用有那智能计算机在实际生活中的应用有那些？些？2007.7.249计算机组成原理电子计算机是一种由电子线路构成的设备，它电子计算机是一种由电子线路构成的设备，它能对信息进行记忆、传送和处理，从而实现计算的能对信息进行记忆、传送和处理，从而实现计算的功能。计算机的分类方法一般有如下几种。功

58、能。计算机的分类方法一般有如下几种。1.3.2计算机的分类计算机的分类2007.7.250计算机组成原理一般可分为数字计算机、模拟计算机。一般可分为数字计算机、模拟计算机。数字计算机处理的是离散的数字量。通常用脉数字计算机处理的是离散的数字量。通常用脉冲的有无或电平的高低表示二进制数字冲的有无或电平的高低表示二进制数字“1”和和“0”，其不同的组合表示大小不同的数值，只要增，其不同的组合表示大小不同的数值，只要增加组合的位数就可增加表示数的范围和精度。因此，加组合的位数就可增加表示数的范围和精度。因此，只要不考虑设备的代价，数字计算机所表示的数值只要不考虑设备的代价，数字计算机所表示的数值范围

59、与精度几乎没有限制。我们通常所说的计算机，范围与精度几乎没有限制。我们通常所说的计算机，如未特别说明，均指的是数字计算机，简称为计算如未特别说明，均指的是数字计算机，简称为计算机。机。1.按信息的形式及处理方式按信息的形式及处理方式2007.7.251计算机组成原理模拟计算机处理的信息是模拟计算机处理的信息是连续变化的模拟量，如温度、连续变化的模拟量，如温度、压力、距离、速度等等。压力、距离、速度等等。模拟计算机的运算速度快，但精度不高，模拟计算机的运算速度快，但精度不高，且每做一次运算需重新设计和编排线路，故通且每做一次运算需重新设计和编排线路，故通用性不强，信息的存储也较为困难。模拟计算用

60、性不强，信息的存储也较为困难。模拟计算机多用于解数学方程或自动控制模拟系统的连机多用于解数学方程或自动控制模拟系统的连续变化过程。目前，在很多应用领域数字计算续变化过程。目前，在很多应用领域数字计算机已经取代模拟计算机。机已经取代模拟计算机。2007.7.252计算机组成原理数字计算机按其用途即应用特点可分为通用计数字计算机按其用途即应用特点可分为通用计算机和专用计算机。算机和专用计算机。通用计算机就是我们通常所说的计算机。它通通用计算机就是我们通常所说的计算机。它通常根据不同的计算机系列型号配备一定的外设，配常根据不同的计算机系列型号配备一定的外设，配备多种系统软件，如操作系统、数据库管理系

61、统及备多种系统软件，如操作系统、数据库管理系统及多种工具软件。只要再配备相应的应用软件，就可多种工具软件。只要再配备相应的应用软件，就可应用于各种领域。通用机的特点是通用性强，功能应用于各种领域。通用机的特点是通用性强，功能全。全。2.按计算机的用途按计算机的用途2007.7.253计算机组成原理专用计算机是针对某一特定应用领域或面向某专用计算机是针对某一特定应用领域或面向某种算法的计算机，这种机器由于功能单一，结构简种算法的计算机，这种机器由于功能单一，结构简单，成本较低，可靠性较高，使其在军事和工业控单，成本较低，可靠性较高，使其在军事和工业控制等领域得到了广泛的应用。如某一工业过程控制制

62、等领域得到了广泛的应用。如某一工业过程控制计算机，军事上特定武器装备的控制指挥仪，以及计算机，军事上特定武器装备的控制指挥仪，以及目前已广泛应用的嵌入式系统计算机。专用机的系目前已广泛应用的嵌入式系统计算机。专用机的系统结构及专用软件是专门针对其应用领域设计的，统结构及专用软件是专门针对其应用领域设计的，因而对该领域是高效的。专用机若用于其他领域，因而对该领域是高效的。专用机若用于其他领域，则效率极低甚至无法运行。则效率极低甚至无法运行。2007.7.254计算机组成原理所谓规模，是综合计算机的多方面因素而言，所谓规模，是综合计算机的多方面因素而言，通常涉及运算速度、机器字长、存储容量、外部设

63、通常涉及运算速度、机器字长、存储容量、外部设备等硬件配置，以及软件、价格等诸多方面。因此，备等硬件配置，以及软件、价格等诸多方面。因此，按规模分类实际也即按计算机的性能来分类。由于按规模分类实际也即按计算机的性能来分类。由于计算机科学技术的飞速发展，这种规模或性能的概计算机科学技术的飞速发展，这种规模或性能的概念也是在不断变化的。昔日的大型机，其性能可能念也是在不断变化的。昔日的大型机，其性能可能赶不上现在的微型机。尽管如此，计算机业界仍习赶不上现在的微型机。尽管如此，计算机业界仍习惯将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、惯将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等几种类型。微

64、型机等几种类型。3.按计算机的规模按计算机的规模 2007.7.255计算机组成原理也称为超级计算机，它是一个国家科技水平、也称为超级计算机，它是一个国家科技水平、经济实力和军事威力的象征。巨型机速度最快，性经济实力和军事威力的象征。巨型机速度最快，性能最强，技术最复杂，具有巨大的数值计算和信息能最强，技术最复杂，具有巨大的数值计算和信息处理能力，是每个时代计算机高精尖技术的集中代处理能力，是每个时代计算机高精尖技术的集中代表。目前巨型计算机一般字长表。目前巨型计算机一般字长64位，每秒平均执行位，每秒平均执行上百亿次浮点运算，主存容量上百亿次浮点运算，主存容量14百万字以上，其百万字以上，其

65、高速数据通道每秒可传送数据几千万个字以上，具高速数据通道每秒可传送数据几千万个字以上，具有丰富的系统软件。目前世界上最快速的计算机都有丰富的系统软件。目前世界上最快速的计算机都采用大规模并行处理采用大规模并行处理MPP（MassivelyParallelProcessing）技术，每台现代巨型机都拥有数百至）技术，每台现代巨型机都拥有数百至上万个处理器。上万个处理器。1983年我国自行研制出了第一台银年我国自行研制出了第一台银河巨型机，如图河巨型机，如图1-5所示。此后，我国自行研制的银所示。此后，我国自行研制的银河河型巨型机每秒运算可达到型巨型机每秒运算可达到120亿次，如图亿次，如图1-6

66、所示。现在，我国正在研制更高性能的巨型机。所示。现在，我国正在研制更高性能的巨型机。（1）巨型机）巨型机2007.7.256计算机组成原理图1-5 第一台银河巨型机 图1-6 银河巨型机 2007.7.257计算机组成原理大型计算机（大型计算机（LangScaleComputer/Mainframe）是计）是计算机家族中通用性最强，功能算机家族中通用性最强，功能也很强的计算机。一般字长也很强的计算机。一般字长3264位，每秒执行数百万到数位，每秒执行数百万到数千万条指令，主存容量几十万千万条指令，主存容量几十万到几百字，有较多的外设和通到几百字，有较多的外设和通信接口，有很强的信接口，有很强的

67、I/O处理能处理能力和丰富的系统软件及应用软力和丰富的系统软件及应用软件。大型机示例图如图件。大型机示例图如图1-7（2）大型计算机）大型计算机图1-7 IBM大型机2007.7.258计算机组成原理小型计算机小型计算机（Minicomputer）是性能较好、）是性能较好、价格便宜、应用领域十分广泛价格便宜、应用领域十分广泛的计算机。一般字长的计算机。一般字长32位，速位，速度每秒几十万到几百万次，内度每秒几十万到几百万次，内存容量几万到几十万字，配有存容量几万到几十万字，配有一定数量的外设与通信接口，一定数量的外设与通信接口，支持多种高级语言和汇编语言支持多种高级语言和汇编语言编写的程序，有

68、功能较强的操编写的程序，有功能较强的操作系统。作系统。（3）小型计算机）小型计算机HPHP的小型机的小型机2007.7.259计算机组成原理微型计算机微型计算机（Microcomputer）简称微型机或）简称微型机或微机，是以微处理器为中央处理器微机，是以微处理器为中央处理器而组成的计算机系统。而组成的计算机系统。（4）微型计算机）微型计算机它是性能价格比最高、应用领域最广的一种计它是性能价格比最高、应用领域最广的一种计算机。近年来，微型机的发展最快、市场占有算机。近年来，微型机的发展最快、市场占有率最高，其许多性能达到甚至超过了小型机的率最高，其许多性能达到甚至超过了小型机的水平。微型计算机

69、正不断向微型化、网络化、水平。微型计算机正不断向微型化、网络化、高性能、多用途发展。高性能、多用途发展。 2007.7.260计算机组成原理微型计算机的分类方法很多。按字长可分为微型计算机的分类方法很多。按字长可分为8位、位、16位、位、32位、位、64位微型机计算机位微型机计算机;按组装形式可分按组装形式可分为非便携式和便携式微型计算机，前者如台式机为非便携式和便携式微型计算机，前者如台式机（如图（如图1-8所示），后者是一种可移动的微型机，如所示），后者是一种可移动的微型机，如笔记本和掌上计算机（如图笔记本和掌上计算机（如图1-9所示）。所示）。图1-8台式机 图1-9笔记本 2007.7

70、.261计算机组成原理2007.7.262按使用方式，一般将计算机分为工作站和服务按使用方式，一般将计算机分为工作站和服务器，这也是目前广泛采用的实用的分类方法。这种器，这也是目前广泛采用的实用的分类方法。这种分类方法是以网络和分布式计算环境为背景的。分类方法是以网络和分布式计算环境为背景的。4.按使用的方式按使用的方式工作站工作站服务器服务器2007.7.262计算机组成原理2007.7.263工作站（工作站（Workstation）是以个人计算环境和）是以个人计算环境和分布式网络计算环境为基础，具有良好的性能价格分布式网络计算环境为基础，具有良好的性能价格比。所谓个人计算环境是指为个人使用

71、计算机创造比。所谓个人计算环境是指为个人使用计算机创造一个尽可能易学易用的工作环境，为面向特定应用一个尽可能易学易用的工作环境，为面向特定应用领域的人员提供一个具有友好人机界面的高效率工领域的人员提供一个具有友好人机界面的高效率工作平台。分布式网络计算环境是指工作站在进行信作平台。分布式网络计算环境是指工作站在进行信息处理时，可以通过网络与服务器和其他工作站或息处理时，可以通过网络与服务器和其他工作站或计算机互通信息和共享资源。工作站的多功能是指计算机互通信息和共享资源。工作站的多功能是指它的高速运算功能，适应多媒体的应用功能和知识它的高速运算功能，适应多媒体的应用功能和知识处理功能，如图处理

72、功能，如图1-10所示。所示。（1）工作站）工作站2007.7.263计算机组成原理2007.7.264服务器（服务器（Server）是网络环境或在具有客户）是网络环境或在具有客户服务器结构的分布计算环境中，为客户的请求提供服务器结构的分布计算环境中，为客户的请求提供服务的结点计算机。客户服务器是实现资源共享服务的结点计算机。客户服务器是实现资源共享的一种结构，客户是服务器的对象。在网络和分布的一种结构，客户是服务器的对象。在网络和分布式计算环境中，服务器提供大量公用的服务，如数式计算环境中，服务器提供大量公用的服务，如数据库服务、据库服务、WWW服务、文件服务、打印服务等。服务、文件服务、打

73、印服务等。在设计上，要求服务器具有更好的数据交换性能、在设计上，要求服务器具有更好的数据交换性能、极高的可用度、良好的安全性、很强的扩展能力，极高的可用度、良好的安全性、很强的扩展能力，网络和分布式计算环境中的工作站多充当信息中心，网络和分布式计算环境中的工作站多充当信息中心，如图如图1-11所示。所示。（2）服务器）服务器2007.7.264计算机组成原理2007.7.265图1-10 工作站 图1-11服务器 2007.7.265计算机组成原理2007.7.266数字计算机问世以来，计算机得到高速发展的原数字计算机问世以来，计算机得到高速发展的原因主要是它的普及与应用。如今，计算机的应用与

74、普因主要是它的普及与应用。如今，计算机的应用与普及已从军事、科研、经济领域不断向教育、文化、商及已从军事、科研、经济领域不断向教育、文化、商业、贸易、以至娱乐、生活诸方面进军，所到之处均业、贸易、以至娱乐、生活诸方面进军，所到之处均引起了巨大的变革。在应用实践中，人们对计算机的引起了巨大的变革。在应用实践中，人们对计算机的功能及特性不断提出新的要求。正是基于这一原因，功能及特性不断提出新的要求。正是基于这一原因，计算机技术得到了极大的发展。计算机技术得到了极大的发展。目前，计算机的应用领域已达数千种。按照计算目前，计算机的应用领域已达数千种。按照计算机的应用特点，计算机的应用可以大体上分为科学

75、计机的应用特点，计算机的应用可以大体上分为科学计算、数据处理、实时控制、计算机辅助工程、办公自算、数据处理、实时控制、计算机辅助工程、办公自动化、数据通信和智能应用等几大类动化、数据通信和智能应用等几大类.1.3.3计算机的应用领域计算机的应用领域2007.7.266计算机组成原理2007.7.267科学研究和工程计算领域是计算机应用最早的科学研究和工程计算领域是计算机应用最早的领域。计算机的发明和发展，首先是为了解决科学领域。计算机的发明和发展，首先是为了解决科学技术和工程设计中大量的数学计算问题。因此，科技术和工程设计中大量的数学计算问题。因此，科学计算是计算机应用的一个重要领域。例如大范

76、围学计算是计算机应用的一个重要领域。例如大范围的地区气象预报信息，如果用人工计算需要几天的的地区气象预报信息，如果用人工计算需要几天的时间完成，而用计算机处理这些信息很短时间就可时间完成，而用计算机处理这些信息很短时间就可以完成，使气象预报具有实用价值。以完成，使气象预报具有实用价值。1.科学计算科学计算2007.7.267计算机组成原理2007.7.268目前，有效地使用数字计算机来求解数学问题，目前，有效地使用数字计算机来求解数学问题，已经形成一个专门的学科已经形成一个专门的学科数值计算。许多计算数值计算。许多计算领域的问题，如计算物理、计算力学、计算化学、领域的问题，如计算物理、计算力学

77、、计算化学、计算经济学等均可归结为数值计算问题。这类计算计算经济学等均可归结为数值计算问题。这类计算往往涉及到较复杂的数学公式，如求解上千阶的微往往涉及到较复杂的数学公式，如求解上千阶的微分方程组、大型的矩阵运算等等。分方程组、大型的矩阵运算等等。2007.7.268计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构69人类已进入信息化社会，各种信息浩如烟海。人类已进入信息化社会，各种信息浩如烟海。为认识掌握这些信息，就需要对大量的信息进行分为认识掌握这些信息，就需要对大量的信息进行分析加工。计算机的应用使信息处理工作实现起来非析加工。计算机的应用使信息处理工作实现起来非常快捷，准确。使科学实验、

78、生产控制、组织管理、常快捷，准确。使科学实验、生产控制、组织管理、国防建设、文化教育、医疗服务等领域的工作实现国防建设、文化教育、医疗服务等领域的工作实现起来更加轻松。起来更加轻松。数据处理的主要功能，是将输入设备送来的数数据处理的主要功能，是将输入设备送来的数据及时记录、整理、分类、加工、以得到所需要的据及时记录、整理、分类、加工、以得到所需要的信息。如企业管理、库存管理、帐目计算、情报检信息。如企业管理、库存管理、帐目计算、情报检索、图像处理等等，它们的特点是原始数据量大，索、图像处理等等，它们的特点是原始数据量大，算术运算比较简单，有大量的逻辑与判断，处理的算术运算比较简单，有大量的逻辑

79、与判断，处理的结果多以报表或文件形式存储或输出。结果多以报表或文件形式存储或输出。2.数据处理数据处理2007.7.269计算机组成原理2007.7.270实时控制是计算机在过程控制中的重要应用。实时控制是计算机在过程控制中的重要应用。最初的过程控制主要应用于导弹、卫星等现代化武最初的过程控制主要应用于导弹、卫星等现代化武器系统和航空航天等领域，而现在已广泛应用于工器系统和航空航天等领域，而现在已广泛应用于工业生产过程。过程控制发挥着神经系统的功能，由业生产过程。过程控制发挥着神经系统的功能，由于高灵敏度、高精确度的控制，使得上述领域的工于高灵敏度、高精确度的控制，使得上述领域的工作能在人的意

80、志控制下准确无误地达到目的。例如作能在人的意志控制下准确无误地达到目的。例如由雷达和导弹发射器组成的防空系统，地铁指挥控由雷达和导弹发射器组成的防空系统，地铁指挥控制系统，自动化生产线等，都需要在计算机控制下制系统，自动化生产线等，都需要在计算机控制下运行。运行。3.实时控制实时控制2007.7.270计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构71计算机辅助工程是近几年来迅速发展的一个计计算机辅助工程是近几年来迅速发展的一个计算机应用领域，它包括计算机辅助设计算机应用领域，它包括计算机辅助设计CAD（ComputerAidedDesign)、计算机辅助制、计算机辅助制造造CAM（Compu

81、terAidedManufacture)和计算机和计算机辅助教学辅助教学CAI(ComputerAssistedInstruction)等等多个方面。多个方面。CAD广泛应用于船舶、飞机、汽车、建筑、电广泛应用于船舶、飞机、汽车、建筑、电子等方面的设计。由计算机辅助产生的设计结果通子等方面的设计。由计算机辅助产生的设计结果通过图形设备与设计人员交互，可及时对设计做出判过图形设备与设计人员交互，可及时对设计做出判断和修改，最终完成设计工作。因此，采用断和修改，最终完成设计工作。因此，采用CAD技技术，提高了设计的自动化水平，缩短了设计周期，术，提高了设计的自动化水平，缩短了设计周期，减轻了设计人

82、员的劳动，也大大提高了设计质量。减轻了设计人员的劳动，也大大提高了设计质量。4.计算机辅助工程计算机辅助工程2007.7.271计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构72CAM则是使用计算机进行生产设备的管理和则是使用计算机进行生产设备的管理和生产过程的控制，例如，计算机控制的全自动汽车生产过程的控制，例如，计算机控制的全自动汽车装配生产线。装配生产线。CAI使教学手段达到使教学手段达到一个新的水平，即利用计一个新的水平，即利用计算机模拟一般教学设备难算机模拟一般教学设备难以表现的物理或工作过程，以表现的物理或工作过程，并通过交互操作极大的提并通过交互操作极大的提高了教学效率。高了教学

83、效率。2007.7.272计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构73办公自动化办公自动化OA（OfficeAutomation)指用计算指用计算机帮助办公室人员处理日常工作。例如，用计算机机帮助办公室人员处理日常工作。例如，用计算机进行文字处理，文挡管理，资料，图象，声音处理进行文字处理，文挡管理，资料，图象，声音处理和网络通信等。它既属于信息处理的范围，又是目和网络通信等。它既属于信息处理的范围，又是目前计算机应用的一个较独立的领域前计算机应用的一个较独立的领域。5.办公自动化办公自动化2007.7.273计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构74数据通信主要是利用通信卫星群

84、和光导纤维构数据通信主要是利用通信卫星群和光导纤维构成的计算机应用网络，实现信息双向交流，同时利成的计算机应用网络，实现信息双向交流，同时利用多媒体技术扩大计算机的应用范围。通信卫星的用多媒体技术扩大计算机的应用范围。通信卫星的覆盖面广，光导纤维传输的信息量大，保密性好，覆盖面广，光导纤维传输的信息量大，保密性好，他们的优势互补，利用计算机将二者结合起来可在他们的优势互补，利用计算机将二者结合起来可在全球范围内双向传送包括电视图象在内的各种信号，全球范围内双向传送包括电视图象在内的各种信号，把整个地球网络连接起来，使人们在家里就可以收把整个地球网络连接起来，使人们在家里就可以收看世界上任何一家

85、电视台的节目，通过屏幕与远在看世界上任何一家电视台的节目，通过屏幕与远在千里之外的友人面对面地通话。总之，以计算机为千里之外的友人面对面地通话。总之，以计算机为核心的信息高速公路的实现，将进一步改变人们的核心的信息高速公路的实现，将进一步改变人们的生活方式。生活方式。6.数据通信数据通信2007.7.274计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构75人工智能（人工智能（ArtificialIntelligence，简称，简称AI）是用计算机来模拟、延伸、扩展人类的某些智力活是用计算机来模拟、延伸、扩展人类的某些智力活动，使计算机具有学习和推理能力。如今，人工智动，使计算机具有学习和推理能

86、力。如今，人工智能的研究与应用已在模式识别、景物分析、自然语能的研究与应用已在模式识别、景物分析、自然语言的理解与生成、博弈、自动定理证明、自动程序言的理解与生成、博弈、自动定理证明、自动程序设计、专家系统、模拟训练系统、智能决策系统、设计、专家系统、模拟训练系统、智能决策系统、机器人等领域得到了重大的突破和快速的发展，以机器人等领域得到了重大的突破和快速的发展，以机器人的研究为例，现已在机器人的视觉、触觉、机器人的研究为例，现已在机器人的视觉、触觉、声音识别等方面取得了较大的进展，出现了越来越声音识别等方面取得了较大的进展，出现了越来越聪明灵巧的新型机器人聪明灵巧的新型机器人智能机器人。智能

87、机器人。7.人工智能人工智能2007.7.275计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构76上述七种应用类型虽覆盖了计算机应用的大多上述七种应用类型虽覆盖了计算机应用的大多数领域，但并未能包括当今计算机的应用范畴。随数领域，但并未能包括当今计算机的应用范畴。随着计算机网络技术和信息高速公路的发展，计算机着计算机网络技术和信息高速公路的发展，计算机的应用几乎渗透到人类活动的各个领域，如电子商的应用几乎渗透到人类活动的各个领域，如电子商务、电子邮件、交互式通信、检索查询、电子游戏、务、电子邮件、交互式通信、检索查询、电子游戏、远程医疗、远程教育、电子购物等等，人们可以进远程医疗、远程教育、电

88、子购物等等，人们可以进入一个五彩缤纷的世界，畅游信息的海洋。计算机入一个五彩缤纷的世界，畅游信息的海洋。计算机的广泛应用正改变着人类的生活方式，它标志着人的广泛应用正改变着人类的生活方式，它标志着人类进入一个全新的社会类进入一个全新的社会信息化社会。信息化社会。思考：思考：结结合生活中你合生活中你对计对计算机了解的情况，算机了解的情况，请请分分别举别举例例说说明那些明那些计计算机属于巨型机、小型机、算机属于巨型机、小型机、微型机？微型机？2007.7.276计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构771.4 现代计算机技术应用精简指令集计算机精简指令集计算机RISC（ReducedIns

89、tructionSetComputer）是美国加州伯克利分）是美国加州伯克利分校的帕特逊等人于校的帕特逊等人于1979年提出的。年提出的。RISC结构是相对结构是相对于传统的采用微程序结构的复杂指令集计算机于传统的采用微程序结构的复杂指令集计算机CISC（ComplexInstructionSetComputer）结）结构而言的。它的出现是计算机体系结构发展史上一构而言的。它的出现是计算机体系结构发展史上一个重要的里程碑。个重要的里程碑。1.4.1精简指令集计算机精简指令集计算机 2007.7.277计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构78传统的传统的CISC指令集随着计算机的发展而

90、引入了指令集随着计算机的发展而引入了各种各样的复杂指令，使得指令集和为此要实现这各种各样的复杂指令，使得指令集和为此要实现这些指令功能的计算机体系结构越来越复杂，不堪重些指令功能的计算机体系结构越来越复杂，不堪重负。经过大量的研究和分析，发现在负。经过大量的研究和分析，发现在CISC的指令集的指令集中，各种指令的使用频度相当悬殊。计算机在运行中，各种指令的使用频度相当悬殊。计算机在运行程序中，大概仅有程序中，大概仅有20%的指令被反复使用，使用量的指令被反复使用，使用量约占整个程序的约占整个程序的80%；而有；而有80%的指令则很少使用，的指令则很少使用，其使用量约占整个程序的其使用量约占整个

91、程序的20%。这就是所谓的。这就是所谓的“二二八定律八定律”。2007.7.278计算机组成原理2007.7.2计算机组成与结构79复杂的指令系统必然增加硬件实现的复杂性，复杂的指令系统必然增加硬件实现的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且由于复杂指令这不仅增加了研制时间和成本，而且由于复杂指令需要进行复杂的操作，很难实现流水线执行，从而需要进行复杂的操作，很难实现流水线执行，从而影响了机器的速度。为了解决上述问题，影响了机器的速度。为了解决上述问题，RISC微处微处理器的设计和应用得到了较快的发展。一般来说，理器的设计和应用得到了较快的发展。一般来说，RISC处理器比同等的处理器比同等的

92、CISC处理器要快处理器要快50%75%，同时，同时RISC处理器更容易设计和纠错。处理器更容易设计和纠错。RISC是在继承是在继承CISC的成功技术并克服的成功技术并克服CISC的的缺点的基础上产生并发展起来的。缺点的基础上产生并发展起来的。RISC的着眼点不的着眼点不简单地放在简化指令系统上，而是通过简化指令使简单地放在简化指令系统上，而是通过简化指令使计算机的结构更合理，从而提高运算速度。计算机的结构更合理，从而提高运算速度。2007.7.279计算机组成原理例如：计算机执行程序所需要的时间例如：计算机执行程序所需要的时间P可用可用下式表示：下式表示：P=ICPIT其中，其中，I是高级语

93、言编译后在机器上运行的指是高级语言编译后在机器上运行的指令数，令数，CPI为执行每条指令所需的平均周期数，为执行每条指令所需的平均周期数，T是是每个机器周期的时间。每个机器周期的时间。由于由于RISC指令比较简单，原指令比较简单，原CISC机中比较机中比较复杂的指令在这里用子程序来代替，因此复杂的指令在这里用子程序来代替，因此RISC的的I要比要比CISC的多的多20%40%。但是。但是RISC的大多数指的大多数指令只用一个机器周期实现，所以令只用一个机器周期实现，所以CPI的值要比的值要比CISC小得多。同时因为小得多。同时因为RISC结构简单，所以完成一个操结构简单，所以完成一个操作所经过

94、的数据通路较短，使得作所经过的数据通路较短，使得T值大为减少。后来，值大为减少。后来，RISC的硬件结构有很大改进，一个机器周期平均可的硬件结构有很大改进，一个机器周期平均可完成一条以上指令，甚至可达几条指令。完成一条以上指令，甚至可达几条指令。2007.7.280计算机组成原理RISC的设计要点为：的设计要点为：（1）选取使用频度最高的一些简单指令和很有）选取使用频度最高的一些简单指令和很有用但并不复杂的指令；用但并不复杂的指令；（2）指令的长度固定，指令格式种类少，寻址）指令的长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少；方式种类少；（3）只有取数存数指令访问存储器，其余指）只有取数存数指令访

95、问存储器，其余指令操作都在寄存器之间进行；令操作都在寄存器之间进行；（4）采用指令流水线操作，实现指令并行操作；）采用指令流水线操作，实现指令并行操作；（5）大部分指令在一个时钟周期内完成；）大部分指令在一个时钟周期内完成；（6）CPU中通用寄存器的数目相当多；中通用寄存器的数目相当多；（7）以硬布线控制为主，不用或少用微程序控）以硬布线控制为主，不用或少用微程序控制，以加快指令执行速度。制，以加快指令执行速度。2007.7.281计算机组成原理目前，目前，RISC指令微处理器在嵌入式计算机中得指令微处理器在嵌入式计算机中得到了广泛的应用，设计生产到了广泛的应用，设计生产RISC指令微处理器的

96、公指令微处理器的公司也越来越多，比如：英国的司也越来越多，比如：英国的ARM公司设计的公司设计的ARM7、ARM9、ARM10、ARM11等系列等系列RISC指指令微处理器；令微处理器；IBM公司的公司的PowerPC；DEC公司的公司的Alpha；HP公司的公司的HPPA；MIPA公司的公司的R10000；SUN公司的公司的UltraSPARC等。等。1.4.2嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专能、可靠

97、性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。用计算机系统。2007.7.282计算机组成原理嵌入式系统一般指嵌入式系统一般指非非PC系统，它包括硬件和系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括嵌软件两部分。硬件包括嵌入式微处理器、存储器及入式微处理器、存储器及外设器件和外设器件和IO端口、图端口、图形控制器等。软件部分包形控制器等。软件部分包括操作系统软件（括操作系统软件（OS）和）和应用程序编程。应用程序应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。序编程与硬件的交互作用。2007.7.283计算机组

98、成原理1.嵌入式微处理器嵌入式计算机的核心是嵌入式微处理器（如图嵌入式计算机的核心是嵌入式微处理器（如图1-13所示）。嵌入式微处理器一般就具备以下所示）。嵌入式微处理器一般就具备以下4个个特点：特点：（2）具有功能很强的存储区保护功能。这是）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。断。（1）对实时多任务有很强的支持能力，能完）对实时多任务有很强的

99、支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。2007.7.284计算机组成原理（3）可扩展的处理器结构，能扩展出满足应）可扩展的处理器结构，能扩展出满足应用需求的高速嵌入式微处理器。用需求的高速嵌入式微处理器。（4）嵌入式微处理器功耗低，适合用于便携）嵌入式微处理器功耗低，适合用于便携式的无线及移动的计算和通信设备。式的无线及移动的计算和通信设备。图图1-13 1-13 嵌入式微处理器嵌入式微处理器2007.7.285计算机组成原理嵌入式计算机在应用数量

100、上远远超过了各种通嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了若干个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、若干个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显卡、显示器、显卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均

101、是嵌入式计算机的应用领域。下面类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。下面介绍几种具体的应用介绍几种具体的应用.2.嵌入式计算机的应用领域嵌入式计算机的应用领域2007.7.286计算机组成原理所谓的移动数据库是支持移动计算机的数据库所谓的移动数据库是支持移动计算机的数据库,有两层含义：一是用户在移动的过程中可以联机访有两层含义：一是用户在移动的过程中可以联机访问数据库资源。二是用户可以带着数据库移动。典问数据库资源。二是用户可以带着数据库移动。典型的应用场合例如：在行驶的救护车上查询最近的型的应用场合例如：在行驶的救护车上查询最近的医院。该系统由前台移动终端、后台同步服务器组医院。该系统由前

102、台移动终端、后台同步服务器组成，移动终端上有嵌入式实时操作系统和嵌入式数成，移动终端上有嵌入式实时操作系统和嵌入式数据库。其他包括手机、据库。其他包括手机、PDA、掌上电脑等各种移动、掌上电脑等各种移动设备。用掌上电脑（或设备。用掌上电脑（或PDA）上网，人们可以随时）上网，人们可以随时随地获取信息。随地获取信息。（1 1）嵌入式移动数据库）嵌入式移动数据库2007.7.287计算机组成原理智能家居网络（智能家居网络（E-Home）指在一个家居中建）指在一个家居中建立一个通信网络，为家庭信息提供必要的通路；在立一个通信网络，为家庭信息提供必要的通路；在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和

103、执家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络中家电和设备的控制行机构，实现对所有家庭网络中家电和设备的控制和监测。家用电器将向数字化和网络化发展，电视和监测。家用电器将向数字化和网络化发展，电视机、微波炉、电话等都将嵌入计算机并通过家庭控机、微波炉、电话等都将嵌入计算机并通过家庭控制中心与制中心与Internet连接，转变为智能网络家电。其连接，转变为智能网络家电。其网络结构的组成必然有家庭网关，家庭网关主要实网络结构的组成必然有家庭网关，家庭网关主要实现控制网络和信息网络的信号综合，并具有与外界现控制网络和信息网络的信号综合，并具有与外界联络的接口，以便作远程控制

104、和信息交换。不论是联络的接口，以便作远程控制和信息交换。不论是网关还是各家电上的控制模块，都需要有嵌入式操网关还是各家电上的控制模块，都需要有嵌入式操作系统。这些操作系统必须有内嵌入式、实时性好、作系统。这些操作系统必须有内嵌入式、实时性好、多用户的特点。多用户的特点。 （2 2）嵌入式系统在智能家居网络中的应用）嵌入式系统在智能家居网络中的应用2007.7.288计算机组成原理嵌入式语音芯片基于嵌入式操作系统，采用语嵌入式语音芯片基于嵌入式操作系统，采用语音识别和语音合成、语音学层次结构体系和文本处音识别和语音合成、语音学层次结构体系和文本处理模型等技术，可以应用在手持设备、智能家电等理模型

105、等技术，可以应用在手持设备、智能家电等多个领域。如果赋予这些设备人性化的交互方式和多个领域。如果赋予这些设备人性化的交互方式和便利的使用方法，也可应用于玩具中，实现声控玩便利的使用方法，也可应用于玩具中，实现声控玩具、仿真宠物、与人对话的玩具。也能应用于车载具、仿真宠物、与人对话的玩具。也能应用于车载通信设备实现人机交流。通信设备实现人机交流。（3 3）嵌入式语言芯片）嵌入式语言芯片2007.7.289计算机组成原理以蓝牙为代表的小范围无线接入协议与嵌入式以蓝牙为代表的小范围无线接入协议与嵌入式系统的结合，必将推动嵌入式系统的广泛应用。近系统的结合，必将推动嵌入式系统的广泛应用。近来，基于这些

106、协议的嵌入式产品层出不穷，包括各来，基于这些协议的嵌入式产品层出不穷，包括各种电话系统、无线公文包、各类数字电子设备以及种电话系统、无线公文包、各类数字电子设备以及在电子商务的应用。这些产品以其微型化和低成本在电子商务的应用。这些产品以其微型化和低成本的特点为它们在家庭和办公室自动化、电子商务、的特点为它们在家庭和办公室自动化、电子商务、工业控制、智能化建筑和各种特殊场合的应用开辟工业控制、智能化建筑和各种特殊场合的应用开辟了广阔的前景。了广阔的前景。（4 4）基于小范围无线通信协议的嵌入式产品）基于小范围无线通信协议的嵌入式产品2007.7.290计算机组成原理我国的工业生产需要我国的工业生

107、产需要完成智能化，数字化改造，完成智能化，数字化改造，智能控制设备、智能仪表、智能控制设备、智能仪表、自动控制等为嵌入式系统提自动控制等为嵌入式系统提供了很大的市场。而工业控供了很大的市场。而工业控制、仿真、数据采集、军用制、仿真、数据采集、军用等领域一般都要求操作系统等领域一般都要求操作系统支持实时响应。在服务业和支持实时响应。在服务业和交通系统，嵌入式也在发挥交通系统，嵌入式也在发挥着越来越重要的作用。着越来越重要的作用。（5 5）其他工业控制和仿真领域，嵌入式设备）其他工业控制和仿真领域，嵌入式设备也早已得到广泛应用。也早已得到广泛应用。2007.7.291计算机组成原理嵌入式系统通常是

108、面向特定应用而设计的，与通嵌入式系统通常是面向特定应用而设计的，与通用型的最大不同就是嵌入式用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，而且能够把通用成度高等特点，而且能够把通用CPU中许多由板卡完中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，增强其移动能力。嵌入式系统是将先进的趋于小型化，增强其移动能力。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体计算机技术、半导

109、体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量统。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力竞争力嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起

110、，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。3.嵌入式计算机系统与通用型计算机系统的比较嵌入式计算机系统与通用型计算机系统的比较2007.7.292计算机组成原理为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。而不是存贮于磁盘等载体中。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计

111、完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。发。思考：随着嵌入式计算机的高速发展，思考：随着嵌入式计算机的高速发展，计算机的应用也越来越贴近人们的生计算机的应用也越来越贴近人们的生活，请举例说明你身边那些产品属于活，请举例说明你身边那些产品属于嵌入式计算机系统的应用。嵌入式计算机系统的应用。2007.7.293计算机组成原理本章小结本章主要讲述了计算机的硬件系统和软件系统本章主要讲述了计算机的硬件系统和软件系统的基本组成及其功能，并从层次结构的角度分析了的基本组

112、成及其功能，并从层次结构的角度分析了计算机的层次结构。随后介绍了计算机的发展历程、计算机的层次结构。随后介绍了计算机的发展历程、应用领域和现代计算机技术的发展与应用方向。通应用领域和现代计算机技术的发展与应用方向。通过本章的学习，读者应该在思想上对计算机的发展过本章的学习，读者应该在思想上对计算机的发展和应用有一定的认识，对计算机的设计技术和新的和应用有一定的认识，对计算机的设计技术和新的发展、应用方向有所了解，充分理解计算机总体结发展、应用方向有所了解，充分理解计算机总体结构及软、硬件的功能，为深入学习以后各章打下基构及软、硬件的功能，为深入学习以后各章打下基础。础。2007.7.294计算机组成原理