系统架构设计师教材（第二章计算机系统基础知识）.docx

软考系统架构设计师考试教程资料

第二章计算机系统基础知识

目录

第2章计算机系统基础知识

2.1计算机系统概述

中央处理器-存储器输入设备输出设备系统软件应用软件运算单元控制单元主存(内存)外存

中央处理器-

存储器

输入设备

输出设备

系统软件

应用软件

运算单元

控制单元

主存(内存)

外存键盘鼠标

显示器

操作系统

编译工具

办公软件

娱乐软件

计算机系统硬件简称为计算机。而将连接多个计算机以实现计算机间数据交换能力的网络设备，则称之为计算机网络，简

计算机系统

硬件

软件图2-1典型计算机系统的组成计算机系统可划分为硬件(子系统)和软件(子系统)两部分。硬件由机械、电子元器件、磁介质和光介质等物理实体构成，例如处理器(含运算单元和控制单元)、存储器、输入设备和输出设备等。软件是一系列按照特定顺序组织的数据和指令，并控制硬件完成指定的功能。可将计算机软件进一步分为系统软件和应用软件，系统软件是指支持应用软件的运行，为用户开发应用软件提供平台支撑的软件，而应用软件是指计算机用户利用计算机的软、硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。典型的计算机系统组成如图2-1所示。

软件

图2-1

典型计算机系统的组成

从存在形式上看，计算机硬件是有形的，而软件是无形的；从计算机功能来看，硬件与软件的界限正在逐渐模糊。在不同的应用场合，基于设计考虑，某些功能可能由硬件实现，也可能由软件实现。比如，较典型的可编程逻辑，它在设计阶段可作为软件对待，但运行中则是以逻辑门的物理形态而存在。随着科技的发展，计算机系统的组成越来越复杂，多功能设备越来越多。

计算机系统的分类维度很多，也较为复杂，可以从硬件的结构、性能、规模上划分，亦可从软件的构成、特征上划分，或者从系统的整体用途、服务对象等进行分类。这里结合计算机系统的构成特征、应用领域和用途等描述一种常见分类，如图2-2所示。

由于篇幅限制，在图2-2所示的分类中，各结点的具体内容此处不再一一列举说明。由于技术的交叉和融合，同一设备可以具有多种特征，可以归属于不同的父分类，如电话手表、具备通信功能的平板电脑、具备路由功能的电视盒等，故该分类并没有严格的界限，仅能够从主体功能进行大致分类。

计算机系统第2章计算机系统基础知识

计算机系统

族入式计算机

通用计算机

电信设备

家用电子设备

可穿戴电子设备医疗设备

交通设备国防设备金融设备

个人计算机网络服务器

基站网络交换移动终端视听设备厨卫电器

台式电脑平板电脑云存储云计算

超级计算机

图2-2·种计算机系统的分类示意

2.2计算机硬件

2.2.1计算机硬件组成

计算机组成结构(ComputerArchitecture)源于冯·诺依曼计算机结构，该结构成为现代计算机系统发展的基础。冯·诺依曼计算机结构将计算机硬件划分为5部分，但在现实的硬件构成中，控制单元和运算单元被集成为一体，封装为通常意义上的处理器(但处理器并不是只有上述两部分);输入设备和输出设备则经常被设计者集成为一体，按照传输过程被划分为总线、

接口和外部设备。下面按照处理器、存储器、总线、接口和外部设备进行阐述。

2.2.2处理器

处理器(CentralProcessingUnit,CPU)作为计算机系统运算和控制的核心部件，经历了长期演化过程。在位宽上由4位处理器发展到64位处理器；在能力构成上从仅具有运算和控制功能发展到集成多级缓存、多种通信总线和接口；在内核上从单核处理器发展为多核、异构多核和众核处理器等。

处理器的指令集按照其复杂程度可分为复杂指令集(ComplexInstructionSetComputers,CISC)与精简指令集(ReducedInstructionSetComputers,RISC)两类。CISC以Intel、AMD的x86CPU为代表，RISC以ARM和Power为代表。随着研究的深入，除了由于历史原因而仍然存在的CISC结构外，RISC已经成为计算机指令集发展的趋势，几乎所有后期出现的指令集

26系统架构设计师教程(第2版)

均为RISC架构。

典型的处理器系统结构如图2-3所示。

指令部件

运算部件寄存器组存取部件

完成部件Cache部件MMU部件

地址总线数据总线

图2-3典型的处理器体系结构示意图

在图2-3中，指令部件通过MMU-Cache的存储结构，从内存等存储设备中取得相应的软件代码指令并完成译码和控制操作，控制存取部件从存储设备中取得新的数据，控制寄存器组为运