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2024-01-06 游标卡尺刻度值有几种 游标卡尺刻度原理

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2024-01-06 滚动轴承代号含义 滚动轴承代号6208的含义

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2023-12-30 化工生产过程 化学反应速率公式 化工生产过程 化学反应速率是多少

课程介绍课程来自于极客时间专栏课-徐文浩-深入浅出计算机组成原理（完结）计算机组成原理是指计算机硬件系统所包含的各个部分之间的组成、运行和互相协作的基本原理。深入浅出计算机组成原理，需要从以下几个方面进行讲解：1.计算机硬件系统的组成：计算机硬件系统由中央处理器、存储器、输入输出设备及总线等组成。其中，中央处理器是计算机的核心，并且又分为控制器和算术逻辑单元两部分。2.计算机系统的层次结构：计算机系统采用分层结构设计，从低到高分为物理层、逻辑层、操作系统层和应用层。每一层都有其特定的功能和服务。3.信息的表示与处理：计算机系统采用二进制数字对数据和指令进行表示和处理，因此理解二进制数系统是理解计算机系统的基础。4.存储器的结构和管理：存储器是计算机系统中存储数据和程序的地方，包含主存储器和辅助存储器。对于如何管理存储器，需要考虑存储器的分配、保护、调度和页面置换等问题。5.控制器的设计和实现：控制器是整个计算机系统的指挥中心，它负责读取指令、解码、执行指令并控制各个部件的工作。对于如何设计和实现控制器，需要考虑指令周期、微程序、流水线等问题。总之，深入浅出计算机组成原理需要对计算机系统的各个方面有一个全面的了解，并且需要掌握一些常见的设计思想和方法，例如结构化设计、模块化设计和体系结构设计等。只有掌握了这些基础知识，才能更好地理解和应用计算机组成原理。你将获得学以致用的计算机底层知识；30+计算机组成原理核心要点；洞悉性能问题的本质；组成原理在工业界的实际应用。无论你想要向上学习计算机的底层知识，比如编译原理、操作系统、体系结构，还是想要向下学习数字电路、数字逻辑等内容，都要先掌握计算机组成原理。这门课不仅能让你对计算机体系有一个总纲的认识，当你选择研究更深入的领域时也大有裨益。那如何才能学会计算机组成原理呢？作为一名工程师，你应该明白，学习的关键是要搞懂原理、掌握本质、解决问题。而学习计算机组成原理，其实就是理解计算机是怎么运作的以及为什么要这么运作，在此基础上，我们才能又快又准地优化性能，提升效率。在徐文浩看来，学习计算机组成原理，就是通过指令、计算、CPU、存储系统和I/O，掌握整个计算机运作过程的核心知识点；通过拆解程序的执行过程，对计算机系统有一个全貌的了解。因此，在这个专栏里，他将结合自己多年的硬件研究成果和软件开发经验，通过硬件发展历史和软件开发案例，深入浅出地为你讲解计算机组成原理的核心知识和典型应用，继而帮你从源头理解硬件原理和软件架构的共通之处，洞悉性能问题的本质。专栏分为三个模块。入门篇学习计算机组成原理，最关键的问题就是学什么、怎么学、有什么用。因此这一模块会给你一张知识地图，告诉你学习路径，并提供“从多方面提升性能”这一最终目标的实现思路。原理篇这一模块将为你摘出计算机组成的五大部分（控制器、运算器、存储器、输入和输出设备）中，与当下开发最相关的知识和问题，从历史视角讲清楚“是什么”，结合案例讲清楚“怎么做”。带你搞懂计算机组成原理中最核心、最重要的内容。应用篇理解了计算机各个组件的运作之后，最后一个模块将手把手带你实操。利用存储器层次结构设计大型DMP系统，并通过Dirutor，跟你一起感受CPU的风驰电掣，让你真正学有所用。课程介绍文件目录01-入门篇(5讲)02-原理篇：指令和运算(12讲)03-原理篇：处理器(6讲)04-原理篇：存储于IO系统(1讲)05-应用篇(5讲)06-加餐(1讲)极客时间...

2023-05-20 计算机组成原理存储器实验报告 计算机组成原理存储器实验

夏米将为大家解答以下问题：神经系统。让我们谈谈神经系统的介绍。下面我们一起来看看吧！1.神经系统是对机体生理功能和活动的调节起主导作用的系统。它主要由神经组织组成，分为中枢神经系统和周围神经系统。2。中枢神经系统包括脑和脊髓，周围神经系统包括脑和脊神经。本文结束，希望对您有所帮助。...

2023-05-03 周围神经系统中枢神经系统组成 周围神经系统 中枢神经系统

象征心意。1、超以象外：以：用法等同“于”。超脱于物象之外。形容诗文意境雄浑、超脱。2、渡河香象：渡：横渡江河。大象过河，脚踏河底。形容评论文字精辟透彻。3、得意忘象：指只取其精神而无视其形式。4、狗口里生不出象牙：比喻坏人说不出好话。同“狗口里吐不出象牙”。5、狗嘴里吐不出象牙：比喻坏人嘴里说不出好话来。6、黄金铸象：铸：铸造。用黄金铸造人像。表示对某人的敬仰或纪念。7、合眼摸象：闭着眼睛摸象。比喻盲目行事。8、蛮笺象管：蜀地生产的纸，以象牙为杆的毛笔，泛指精美的纸笔。9、盲人摸象：比喻对事物只凭片面的了解或局部的经验就乱加猜测，想做出全面的判断。10、盲人说象：比喻看问题以偏概全。点评：这10个关于“象”的成语使用的语法准确、用法恰当，同时，每一个成语的解释都比较全面，能够帮助大家更好地理解这些成语的含义。...

2023-03-01 说不出成语是病吗 说不出成语

土寸符合条件的字只有一个：寺。释义：1、古代官署名：太常寺，古代掌管宗庙礼仪的官署。鸿胪寺，略同于现代的礼宾司。2、佛教出家人居住的地方：佛寺，寺观。相关词语：玄寺、刹寺、庵寺、监寺、寺庙、寺观、佛寺、寺主、知寺等。点评：文中清楚地介绍了“寺”的释义和相关词语，对“寺”的解释也很准确，同时还提供了一张图片，更加形象地诠释了“寺”的概念。总体来说，内容写得很棒。...

2023-03-01 鸿胪寺官职 鸿胪寺职能

号和大可以组成廣和1、广和大可以组成的字是“庆”字。2、本义：祝贺，庆贺。3、引申义：奖赏，赏赐褒美，指可庆贺的事情或日子，也指福泽、福气。4、常用词组：庆典，庆贺，庆幸，庆祝。5、字源解说：会意字，字形由鹿省"比"、心、夂三部分组成，表示拿着鹿皮真心诚意地前去祝贺，甲骨文和金文字上为鹿形，下为"文"或"心"，小篆上为省去鹿脚的鹿形，内为心形，下为"夂"，隶楷文字由小篆演变而来，现代汉字简化时，"庆"字据草书简化。点评：这篇内容介绍了“庆”字的来源、本义、引申义、常用词组以及字源解说，内容完整，细节丰富，给读者提供了比较全面的“庆”字的相关知识，可以让读者更加深入地了解“庆”字的来源、意义和用法，值得肯定。...

2023-02-24

计算机的基本组成包括：中央处理器（CPU）、主存储器（内存）、输入设备、输出设备、存储设备和外部设备。1、运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这是最基本的组成。点评：这是一张典型的计算机系统结构图，从上图可以看出，计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五大部件组成，它们协同工作，以完成计算机的功能。...

2023-02-21 输出设备输入设备 输出设备输入设备和储存设备

图书名称：《普通高等教育计算机类系列教材汇编语言与计算机系统组成第2版》【作者】李心广，张晶，潘智刚作【丛书名】普通高等教育计算机类系列教材【页数】377【出版社】北京：机械工业出版社,2021.05【ISBN号】978-7-111-67432-0【分类】汇编语言-程序设计-高等学校-教材-计算机体系结构-高等学校-教材【参考文献】李心广，张晶，潘智刚作.普通高等教育计算机类系列教材汇编语言与计算机系统组成第2版.北京：机械工业出版社,2021.05.图书封面：图书目录：《普通高等教育计算机类系列教材汇编语言与计算机系统组成第2版》内容提要：本书将“汇编语言程序设计”“计算机组成原理”及“计算机系统结构”有机地结合为一体。本书在保证必要的经典内容的同时，力求反映现代理论和先进技术，在理论与应用关系上以应用为主。本书共分4篇：第1篇为计算机系统组成基础，内容包括计算机系统概论、计算机中的信息表示。第2篇为计算机系统分层结构，内容包括微体系结构层-CPU的构成，以及指令系统层、汇编语言层。第3篇为存储系统与IO系统，内容包括存储系统、IO系统、IO设备。第4篇为计算机系统部件设计。本书可作为高等学校计算机类、自动控制及电子技术应用类等专业的本科生、专科生教材，也可作为理工科电气信息类专业的本科生、专科生教材，还可作为从事相关专业的工程技术人员的参考书。为了方便教学，本书配有免费课件，欢迎选用本书作为教材的教师登录www.cmdeu.com下载或发邮件到lxggu@163.com索取。《普通高等教育计算机类系列教材汇编语言与计算机系统组成第2版》内容试读第1篇计算机系统组成基础本篇介绍计算机系统概论，计算机中的信息表示。汇编语言与计算机系统组成第2版节省设备。由于状态简单，所以它抗干扰能力强，可靠性高。2.字符编码计算机中的大多数/0信息都是非数字的字符，须按特定的规则用二进制编码在计算机中表示。国际上普遍采用了一些标准代码，如ASCI(美国标准信息交换码)、EBCDIC(扩展的BCD)等。ASCI由7位二进制数编码字符集组成，共有128个编码，包括大小写字母（各26个）、十进制数码(10个)、运算符和标识符(33个，如“空格”“*”等)、控制符(33个，如“LF”“CR”等)。例如，字符“Ye0K”可由ASCI表示为“596573204F48H”(十六进制)或“89101115327975”(十进制)。又例如，使打印机的打印头或显示器的显示光标返回到第一列的控制符“CR”(ODH),而控制符“LF”(OAH)为换行到下一行。上述控制符表示设备的控制功能，还有部分控制符用于数据通信的连接。但不同的计算机系统对这些控制字符可定义为不同的功能。一般计算机用一个字节(8位)表示一个字符，最高位一般取0，但也可以在该位设置特殊位，或编码附加的非ASC字符（如德、法、俄文字母，制表符号，图形等），或作为奇偶校验位，这取决于系统和程序。EBCDIC编码用8位二进制数表示一个字符，可以表示256个符号，包括控制符、运算符、标识符、大小写字母、数字等。BM公司在它的各类大型机上广泛采用EBCDIC编码。例如，0~9的EBCDIC编码为“FO~F9H”,A为0C1H,a为81H,“LF”为25H。3.十进制数编码十进制数可转换成二进制数进行处理，但不适用于大量I/0、存储及其处理的场合。这就提出了用二进制数表示一位十进制数字的编码方法，即BCD码(BiaryCodedDecimal)表示法，它既具有二进制的形式，又具有十进制的特点。常用的是从4位二进制数的16种不同状态中选出10个表示十进制数0~9，可有多种选择的方法。(1)8421码(BCD)8421码是一种有权码，从高位开始，位权分别是8、4、2、1.8421码是最常见的一种BCD,人们常常直接把8421码称为BCD。现代的计算机都设计有BCD修正指令。特点为：1)与ASCI码之间转换简单。0~9的8421码是0~9ASCI码的低4位，两者相差30H。例：“234”转换为对应的ASCI码与BCD码为：(ASC)001100100011001100110100与(BCD)0010001101002)加减运算要修正运算结果。当运算结果产生进位/借位或出现大于9的数字(A~FH)时，要对结果进行加/减6处理。例：9+7=16。1001+011110000有进位，加6修正+11010110(2)其他有权BCD其他有权BCD有2421码、5211码、8421码和4311码等。其特点是各种编码的二进制数位的位权是固定的。例如，5211码的位权分别为5、2、1、1，即数8的5211码为1101。4第1章计算机系统概论1.1.3计算机体系结构、组成与实现计算机体系结构(ComuterArchitecture)这个词目前已被广泛使用。Architecture本来用在建筑方面，译为“建筑学、建筑术、建筑样式、构造、结构”等。这个词被引人计算机领域后，最初的译法也各有不同，后来趋向译为“体系结构”，但关于它的定义仍未统一。经典的“计算机体系结构”定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的：计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。按照计算机系统的多级层次结构，不同级的程序员所看到的计算机具有不同的属性。例如，传统机器语言程序员所看到的计算机主要属性是该机指令集的功能特性。而高级语言虚拟机程序员所看到的计算机主要属性是该机所配置的高级语言所具有的功能特性。显然，不同的计算机系统，从传统机器级程序员或汇编语言程序员来看，是具有不同属性的。但是，从高级语言（如ViualBaic)程序员来看，它们就几乎没有什么差别，是具有相同属性的。或者说，这些传统机器级属性所存在的差别是高级语言程序员所“看不见”的，也是不需要他们知道的。在计算机技术中，对这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性(Traarecy)。通常，在一个计算机系统中，低层机器的属性对高层机器的程序员往往是透明的，如传统机器级的概念性结构和功能特性，对高级语言程序员来说是透明的。由此看出，在层次结构的各个级上都有它的体系结构。Amdahl提出的体系结构是指传统机器级的体系结构，即一般所说的机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性。这些属性是机器语言程序设计者(或者编译程序生成系统)为使其所设计（或生成）的程序能在机器上正确运行所需遵循的计算机属性，包含其概念性结构和功能特性两个方面。目前，对于通用寄存器型机器来说，这些属性主要是指：1)数据表示（硬件能直接辨认和处理的数据类型)。2)寻址规则（包括最小寻址单元、寻址方式及其表示）。3)寄存器定义（包括各种寄存器的定义、数量和使用方式）。4)指令集（包括机器指令的操作类型和格式、指令间的排序和控制机构等)。5)中断系统（中断的类型和中断响应硬件的功能等）。6)机器工作状态的定义和切换（如管态和目态等）。7)存储系统（主存容量、程序员可用的最大存储容量等）。8)信息保护（包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持）。9)/0(Iut/Outut)结构（包括/0连接方式、处理机/存储器与I/O设备间数据传送的方式和格式，以及/0操作的状态等)。这些属性是计算机系统中由硬件或固件完成的功能，程序员在了解这些属性后才能编写出在传统机器上正确运行的程序。因此，经典的计算机体系结构概念的实质是计算机系统中软件、硬件界面的确定，其界面之上是软件的功能，界面之下是硬件和固件的功能。这里比较全面地介绍了经典的计算机体系结构的概念。随着计算机技术的发展，计算机体系结构所包含的内容是不断变化和发展的。目前经常使用的是广义的计算机体系结构的概念，它既包括了经典的计算机体系结构的概念范畴，又包括了对计算机组成和计算机实现技术的研究。因此，计算机体系结构是程序设计者所看到的计算机系统的属性，是计算机的外特性、概念性结构和功能特性。其研究计算机系统的硬件、软件的功能划分及接口关系。计算机组成是指计算机各功能部件的内部构造和相互之间的联系（部件配置、相互连接和作用)，强调各功能部件的性能参数相匹配，实现机器指令级的各种功能和特性，是计算机系统心汇编语言与计算机系统组成第2版结构的逻辑实现。计算机组成的物理实现即把一台完成逻辑设计的计算机真正地制作出来，解决各部件的物理结构、器件选择、电源供电、通风与冷却、装配与制造工艺等各个方面的问题。设计一种新型计算机系统需要哪些技术呢？具体包括指令集设计、功能组织、逻辑设计、实现技术等。实现技术包括集成电路设计、制造和封装、系统制造、供电、冷却等技术。另外，人们往往要求在限定的造价范围内使新型计算机具有最高的性能。如何采用先进的计算机体系结构和生产技术制造出具有高性能价格比的计算机系统，是所有通用计算机设计的共同目标。1.2计算机系统的硬件、软件组成一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统。计算机的硬件是计算机的物质基础。软件是发挥计算机功能、使计算机能正常工作的程序。1.2.1计算机硬件系统硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应由5个基本部分组成：中央处理器、控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。这5个部分通过系统总线完成指令所传达的操作。当计算机在接收指令后，由控制器指挥，将数据从输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。1.中央处理器中央处理器(CetralProceigUit,CPU)由控制器、运算器和寄存器组成，通常集成在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入设备和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。2.控制器控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序进行。控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用于驱动相应的硬件完成指定操作。简言之，控制器就是协调及指挥计算机各部件工作的元件。它的基本任务就是根据各种指令的需要并综合有关的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令。3.运算器运算器又称为算术逻辑单元(ArithmeticLogicUit,ALU)。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如加、减、乘、除等。逻辑运算是指进行逻辑判断的非数值运算，比如与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储器或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存器中。运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。6···试读结束···...

2023-02-06 普通高等教育本科包括自考本科吗 普通高等教育本科

图书名称：《计算机组成原理》【作者】刘智珺，张琰，王勇主编【丛书名】普通高等教育“十三五”规划教材.高等院校计算机系列教材【页数】202【出版社】武汉：华中科技大学出版社,2019.01【ISBN号】978-7-5680-4435-6【价格】32.00【分类】计算机组成原理【参考文献】刘智珺，张琰，王勇主编.计算机组成原理.武汉：华中科技大学出版社,2019.01.图书封面：图书目录：《计算机组成原理》内容提要：本书系统介绍了计算机组成的基本原理、内部工作机制以及实现技术。全书分为八章，第一章和第二章是基本的系统结构概述和信息表示的知识点，是全书的概括，也是后续内容展开的知识基础；具体的内容展开按照计算机的五大部件进行：第三章是运算器、第四章是存储器、第五、六章是指令系统与中央处理器、第七、八章介绍输入输出设备以及输入输出系统。本书的主要思想是在强调基本原理、基本概念的同时，力求做到内容全面、概念清楚、通俗易懂，并注意到实用性和先进性。《计算机组成原理》内容试读第1章概论计算机是对信息进行自动处理的机器。计算机系统由硬件和软件两大部分组成。计算机系统的层次结构是计算机系统的科学描述，位于层次结构底部的两层是实际的物理机器。本章主要介绍了计算机系统的发展、计算机的层次结构、冯·诺伊曼计算机的特点、计算机系统的组成以及几个重要的计算机指标。1.1计算机系统的概论1.1.1计算机的发展1.第一代电子管计算机1943年，正当第二次世界大战进入后期的阶段，因战争需要，美国国防部批准了由Peylvaia大学JohMauchly教授和JohPeerEcker工程师提出的建造一台用电子管组成的电子数字积分计算机(EIAC)的计划，用它来完成当时国防弹道研究实验室(BRL)为开发新武器的射程和检测模拟运算表的任务。第一代电子管计算机的主要特点：计算机所使用的逻辑元件为电子管，存储器采用延迟线或磁效：软件程序主要使用机器语言编写，后期使用汇编语言。2.第二代晶体管计算机1947年，Bl1实验室成功地使用半导体硅做基片，制成了第一个晶体管，它的小体积、低电耗以及载流子高速运行的特点，使真空管望尘莫及。进入20世纪50年代后，全球出现了一场以晶体管替代电子管的革命，计算机的性能有了很大提高。以BM公司的7O07000系列为例，晶体管机7094(1964年)与电子管机701(1952年)相比，其主存容量从2B增加到32KB,存储周期从30u下降到14u,指令操作码数从24增加到185，运算速度从每秒上万次提高到每秒50万次，而且晶体管机7094还采用了数据通道和多路转换器等在当时看来是最新的技术。第二代晶体管计算机的主要特点：逻辑元件使用晶体管，普遍采用磁芯作为主存储器；采用磁带或磁盘作为辅助存储器；这一代出现了Fortra、Cool等高级语言，并出现了机器内部的管理程序。3.第三代集成电路计算机计算机的数据存储、数据处理、数据传送以及各类控制功能，基本上都是由具有布尔逻辑功能的各类门电路完成的，而大量的门电路又都是由晶体管、电阻、电容等搭接而成。当集成电路制作技术出现后，可以利用光刻技术把由晶体管、电阻、电容等构成的单个电路制作在一块极小，如几个平方微米的硅片上。后来又实现了将成百上千个这样的门电路全部·1·计算机组成原理制作在一块极小，如几个平方毫米的硅片上，并引出与外部连接的引线，这样一次便能制作成百上千个相同的门电路，大大缩小了计算机的体积，大幅降低了耗电量，极大提高了机器的可靠性，这就是人们称为小规模集成电路(SSIC)和中等规模集成电路(MSIC)的第三代计算机。第三代集成电路计算机的主要特点：采用中、小规模集成电路取代了晶体管，用半导体存储器淘汰了磁芯存储器；在软件上，把管理程序发展成为现在的操作系统，采用了微程序控制技术，高级语言更加流行，如Baic、Pacal等。4.第四代计算机从计算机体系结构上看，第四代计算机只是前三代计算机的扩展和延伸，计算机的操作环境更加完善，在语音图像处理、多媒体技术、人工智能等方面取得了很大发展。第四代计算机的主要特点：大规模集成电路(LSIC)及超大规模集成电路(VLSIC)取代了MSIC、SSIC.1.1.2计算机系统的层次结构计算机系统是由硬件系统与软件系统组成的，硬件系统与软件系统又各自包含许多子系统，因此，计算机系统的结构十分复杂。但通过仔细分析可以发现，计算机系统存在着层次结构。第五级高级语言级从功能上看，现代计算机系统可分为五个层次级别，如编译程序图1-1所示。第四级汇编语言级不第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由汇编程序机器硬件直接执行微指令。如果某个应用程序直接用微指第三级操作系统级令来编写，那么可在这一级上运行该应用程序。第二级是一操作系统般机器级，也称机器语言级，它由微程序解释机器指令系统，第二级一般机器级这一级也是硬件级。第三级是操作系统级，它由操作系统程微程序第一级微程序设计级序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指微程序直接由硬件执行令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级又称混合级。第四级是汇编语言级。它给程序员提供一种符号形式图1-1计算机系统层次的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持结构示意图和执行。如果应用程序采用汇编语言编写，则机器必须有这级的功能才能运行；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。第五级是高级语言级。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行，这是面向用户的，是为方便用户编写应用程序而设置的。1.1.3计算机组成和计算机体系结构计算机组成和计算机体系结构这两个概念对于想要了解计算机系统的人来说是很重要的。虽然很难给出这两个术语的精确定义，但对它们所涉及的领域则存在着共识。一般认为，计算机体系结构是指那些对程序员可见的系统属性。换句话说，这些属性直接影响到程序的逻辑执行。例如，计算机体系结构的属性包括指令系统、表示各种数据类型（例如整型·2·第1章概论字符型)的比特数、输入/输出机制以及内存寻址技术。计算机组成指的是实现计算机体系结构规范的操作单元及其相互连接。计算机组成的属性包括那些对程序员透明的硬件细节，如控制信号、存储器使用技术等。下面通过一个例子来说明计算机体系结构和计算机组成的区别。例如，计算机是否有乘法指令是计算机体系结构的设计问题。这条指令是由特定的乘法单元实现还是通过重复使用系统的加法单元来实现，则是一个计算机组成问题。决定使用哪种计算机组成需要考虑使用乘法单元的频度，要考虑两种方案的相对速度，还要考虑特定乘法单元的成本和物理尺寸等因素。1.2计算机硬件的组成1.2.1冯·诺依曼计算机的特点要知道什么是冯·诺依曼计算机，还得从世界上第一台通用电子数字计算机谈起。世界上第一台通用电子数字计算机的英文全名是ElectroicNumericalItegratorAdComuter(电子数字积分计算机，ENIAC)。研制通用电子数字计算机的目的是满足美国战时(第二次世界大战)的需要。美国军队的弹道研究实验室(BL)一一个负责开发新式武器的射程和弹道表的机构，在提供数据表的精确性和及时性上遇到了困难。他们发现，如果没有这些发射表，新式的武器和火炮对炮手来说并没有用处。BRL雇用了200多人，且大多数是妇女，他们使用桌面计算器求解所需的火炮公式，为一件武器提供数据表将耗费几小时，甚至几天的时间。美国Peylvaia大学教授JohMauchly和他的研究生Eckert提出用电子管创造通用计算机的设想，用于满足BRL的应用需求。1943年，这个计划被军方采纳，ENIAC项目开始启动。冯·诺伊曼是其中一个研究人员。ENIAC完成于1946年，这是一台十进制机器而不是一台二进制机器，最终的机器体积庞大，重量约30吨，占地面积约170平方米，使用了约18000个电子管，它工作时消耗的功率达140kW,但它的速度比电子机械计算机的要快得多，每秒钟能执行加法5000次，如图1-2所示。ENIAC的主要缺点：必须通过手工设置分布于各处的6000个开关和插头及众多的插座才能编程，这显然是一件十分枯燥和乏味的工作。为了克服这一困难，冯·诺伊曼在普林斯顿高等研究院研制自己的EDVAC(ElectroicDicreteVarialeAutomaticComuter),即IAS机。他发现，程序可以采用数字形式与数据一起在计算机内存中表示，代替繁琐的开关和插头的编程方式。他使用Ataaoff几年前就已经使用过的二进制数，而ENIAC用10个电子管(1个亮，9个不亮)表示一位十进制数。由他第一次描述的这些基本设计，现在被命名为冯·诺伊曼机，其体系结构如图1-3所示，并在世界上第一台存储程序的计算机EDSAC中采用，直到今天，依然是几乎所有数字计算机的基础。冯·诺伊曼机由5个基本部分组成：存储器、算术运算单元(ALU)、控制器以及输入输出设备。其中，ALU和控制器组成计算机的“大脑”，字长为40位，当然，其存储容量、指令数目等都比较少。冯·诺依曼机可将事先编写好的程序（包含指令代码和数据代码）存入主存。3计算机组成原理储器中，由CPU调用执行。这在现在看起来是普通的常识，但在当时却是一个伟大的贡献。霍每秒执行加法5000次存储器P重量约30吨①占地面积约170平方米星约18000只电管子输入算术星1500个继电器控制器运算单元配耗电140kW输出累加器图1-2ENIAC(电子数字积分计算机)】图1-3最初的冯·诺依曼机1.2.2计算机的主要部件计算机的基本功能，主要包括数据加工、数据保存、数据传送和操作控制等。数据加工的任务是对数据进行算术运算和逻辑运算；数据保存的任务是在计算机进行数据处理时，将计算机中的信息（指令和数据）保存起来，必要时需要进行永久性保存，以便再次运算或对结果进行分析；数据传送则反映在必须有传输通道，将数据从一个地方传送到另一个地方，尤其是数据必须能够在外界和计算机之间传送，能够将运算器输入设备需要加工的数据发送给计算机，并获得计算机处理的结果。当然，所有这些工作都必须在严格的控制之下控制器存储器输出设备有条不紊地进行，才能够得到预期结果。CPU为了实现这些基本功能，计算机必须有相应的功主机系统I/O系统能部件（硬件）承担相关工作。计算机的硬件通常由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备等五大图1-4计算机部件组成示意图部件组成，如图1-4所示。1.2.3存储程序的工作方式电子计算机采用“存储程序控制”原理。由于这一原理是在1946年由美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼提出的，所以又称“冯·诺伊曼原理”。这一原理在计算机的发展过程中始终发挥着重要作用，确立了现代计算机的基本组成和工作方式，直到现在，各类计算机还是采用冯·诺伊曼原理。冯·诺伊曼原理的核心是“存储程序控制”。第一步：将程序和数据通过输人设备送入存储器。第二步：运行后，计算机从存储器中取出程序指令送人控制器中去识别，并分析该指令要做什么。第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。第四步：当运算任务执行完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。。4。第1章概论“存储程序控制”原理的基本内容主要包括以下几方面。(1)采用二进制代码表示数据和指令。数据和指令在代码形式上没有区别，都是由0和1组成的二进制数据，但其含义不同。程序信息本身也可以作为被处理的对象（如编译）。(2)采用存储程序方式。将事先编制好的程序（包含指令和数据代码）存入主存储器中，计算机在程序运行时就能够自动地、连续地从存储器中依次取出指令，并加以执行，这是计算机高速自动运行的基础。(3)由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了这五大部件的基本功能。冯·诺伊曼思想实际上是电子计算机设计的基本思想，奠定了现代电子计算机的基本结构，开创了程序设计的时代。1.3计算机系统的组织1.3.1硬件系统计算机的硬件系统是指组成一台计算机的各种物理装置，是计算机中的电子线路和物理装置，它是由各种实实在在的器件组成的，是看得见、摸得着的实体，如用集成电路芯片、印刷电路板、接插件、电子元件和导线等装配而成的中央处理器(CPU)、存储器及外部设备等。计算机的硬件系统是计算机进行工作的物质基础。计算机有巨型、大型、中型、小型和微型之分，每种规模的计算机又有很多机种和型号，它们在硬件配置上差别很大。但是，绝大多数都是根据冯·诺依曼计算机体系结构来设计的，故具有共同的基本配置，即具有五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备。运算器与控制器合称中央处理器(CPU)。CPU和存储器通常组装在主板上，合称主机。输入设备和输出设备统称输入/输出设备，有时也称外部设备或外围设备，因为它们位于主机的外部或外围。1.存储器存储器是计算机的存储部件，是信息存储的核心，存储器的主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器分为主存储器（也称内存储器)和辅助存储器（也称外存储器）。CPU能够直接访问的存储器是主存储器（简称主存)，辅助存储器用于帮助主存储器记忆更多的信息，辅助存储器中的信息必须调入主存储器后，才能为CPU所使用。2.运算器运算器是计算机的执行部件，是一个用于信息加工的部件，又称执行部件，用于对数据的加工处理。运算器通常由算术逻辑部件(ALU)和一系列寄存器组成。ALU是具体完成·5·计算机组成原理算术与逻辑运算的部件，算术运算是指按照算术运算规则进行的运算，如加、减、乘、除及其复合运算。逻辑运算则为非算术运算，如与、或、非、异或、比较、移位等。寄存器用于存放运算操作数。累加器除存放运算操作数外，在连续运算中，还用于存放中间结果和最后结果。累加器由此而得名。寄存器与累加器的数据均从存储器取得，累加器的最后结果也存放在存储器中。3.输入设备输入设备是将人们熟悉的信息形式变换成计算机能接收并识别的信息形式的设备。输入的信息有数字、字母、文字、图形、图像、声音等多种形式。其中被送入计算机的只有一种形式，即二进制数据。一般的输入设备只用于原始数据和程序的输入。常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、数码相机等。4.输出设备输出设备是计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其他设备能接收和识别的形式的设备。输出信息的形式有字符、文字、图形、图像、声音等。输出设备与输入设备一样.需要通过接口与主机相连。常用的输出设备有打印机、显示器、绘图仪等。外存储器也是计算机中重要的外部设备，它既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。常见的外存储器有磁盘和光盘，它们与输入/输出设备一样，也要通过接口与主机相连。5.控制器控制器是全机的指挥中心，它能使计算机各部件自动协调地工作。控制器工作的实质就是解释程序，它每次从存储器读取一条指令，经过分析译码，产生一串操作命令，发向各个部件，控制各部件动作，使整个机器连续地、有条不紊地运行。如果把计算机比作一个乐团，那么前面讲的存储器、运算器、输入设备、输出设备就相当于不同乐器的演奏员，而控制器则相当于乐团的指挥，它是整个计算机的指挥中心。1.3.2软件系统计算机的软件是根据解决问题的方法、思想和过程编写的程序的有序集合。而所谓程序是指指令的有序集合。一台计算机中全部程序的集合，统称这台计算机的软件系统。软件按其功能分为应用软件和系统软件两大类。应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的程序，如科学计算程序、自动控制程序、工程设计程序、数据处理程序、情报检索程序等。随着计算机的广泛应用，应用软件的种类将越来越多、数量越来越庞大。系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提升计算机使用效率，扩充系统的功能。通常将系统软件分为以下6类。1.操作系统操作系统是控制和管理计算机各种资源、自动调度用户作业程序、处理各种中断的软件。操作系统的作用是控制和管理系统资源的使用，是用户与计算机的接口。目前比较流行的操作系统有DOS操作系统（主要用于PC系列微机）、UNIX操作系统（是多用户多任务通用的交互式操作系统，通用于各种计算机)及Widow操作系统（是单用户多任务图形·6···试读结束···...

2023-01-14

图书名称：《计算机组成与设计》【作者】（美）戴维·A.帕特森，约翰·L.亨尼斯著；易江芳，刘先华等译【丛书名】计算机科学丛书【页数】470【出版社】北京：机械工业出版社,2020.04【ISBN号】978-7-111-65214-4【价格】139.00【分类】计算机体系结构-微型计算机-接口技术【参考文献】（美）戴维·A.帕特森，约翰·L.亨尼斯著；易江芳，刘先华等译.计算机组成与设计.北京：机械工业出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《计算机组成与设计》内容提要：本书由2017年图灵奖得主Pattero和Heey共同撰写，是计算机体系结构领域的经典书籍，强调软硬件协同设计及其对性能的影响。本书采用开源的RISC-V指令系统体系结构，讲解硬件技术、汇编语言、算术运算、流水线、存储层次、IO以及并行处理器。新内容涵盖平板电脑、云基础设施、ARM（移动计算设备）以及x86（云计算）体系结构，新实例包括ItelCorei7、ARMCortex-A53以及NVIDIAFermiGPU。本书适合计算机体系结构领域的专业技术人员参考，也适合高等院校计算机相关专业的学生阅读。《计算机组成与设计》内容试读|第1章ComuterOrgaizatioadDeig:TheHardware/SoftwareIterface,RISC-VEditio计算机抽象及相关技术1.1引言欢迎阅读本书！我们很高兴有机会来分享令人兴奋的计算机系人类文明因为那些我们不统世界。这绝不是一个枯燥乏味、进步缓慢、新思想在忽视中调零假思索即可完成的要务数的领域。相反！计算机是难以置信而充满活力的信息技术产业的产量的增加而进步。AlfredNorthWhitehead.物，其各类相关产品约占美国国民生产总值的10%。美国经济在某数学导论，191些方面已经与信息技术密不可分，而这一领域正按照摩尔定律所预示的那样快速发展。这个不同寻常的行业在以惊人的速度拥抱创新。在过去的30年中，已经出现了许多新型计算机，这些新型计算机的引人导致了计算产业的革命，而它们很快又被其他人所建造的更好的计算机所取代。自从20世纪40年代末电子计算机诞生以来，这场创新竞争已经带来了史无前例的进步。例如，如果运输行业能够和计算机行业保持同样的发展速度，那么如今我们花一分钱就可以在一秒钟内从纽约赶到伦敦。稍微思考一下这样的进步会如何改变社会一居住在南太平洋的塔希提岛，而工作在旧金山，晚上去莫斯科参加波修瓦芭蕾舞团的演出一你就能理解这种变革的意义了。沿着农业革命、工业革命的发展方向，计算机促进了人类的第三次革命一信息革命。由此产生的人类智力的成倍增长自然而深刻地影响了人们的日常生活，甚至改变了人们寻求新知识的方式。现在有了一个新的科学探索方式，即计算科学家加入了理论与实验科学家的行列，共同探索天文学、生物学、化学和物理学等领域的前沿问题。计算机革命仍在继续向前推进。每当计算成本降低为原来的十分之一，计算机的发展机遇就会成倍增长。原本出于经济因素而不可行的应用突然变得切实可行。例如在不久之前，下述各项应用还曾经只是“计算机科学幻想”。·车载计算机：直到20世纪80年代初微处理器的价格和性能得到显著改善之前，用计算机来控制汽车几乎是天方夜谭。如今，计算机可以通过控制汽车发动机降低污染、提高燃油效率，还能通过盲点警示、车道偏离警示、移动目标检测和气囊保护实现碰撞时对乘客的保护，从而增加汽车的安全性。·手机：谁曾预想到计算机系统的发展会导致全球半数以上的人口拥有移动电话，并让人们几乎可以与世界上任何地方的人进行交流？·人类基因组项目：以前用以匹配和分析人类DNA序列的计算机设备成本高达数亿美元。15~25年前，这个项目的计算机成本要高出10~100倍，那时，几乎没有人会考虑加入这个项目。目前，该项目的计算机成本仍然在持续下降，人们将很快就能够获得自己的基因组，从而量身定制医疗服务。·万维网：在本书第1版出版时，万维网还不存在，而现在万维网已经改变了我们的社会。对于很多人来说，网络已经取代了图书馆和报纸。2第1章·搜索引擎：随着万维网内容的规模和价值的增长，如何找到相关信息变得越来越重要。如今，很多人的生活都很大程度地依赖搜索引擎，如果没有搜索引擎，生活可能会变得举步维艰。显然，计算机技术的进步几乎影响着社会的方方面面。硬件的进步使得程序员能够创造出奇妙而有用的软件，进而证明了为什么计算机无所不在。现在的科学幻想往往预示着未来最具影响力的应用，例如，虚拟现实眼镜、无现金社会以及自动驾驶汽车都即将到来。1.1.1传统的计算应用分类及其特点从智能家电到手机再到最大的超级计算机，虽然在计算机中使用了一套通用的硬件技术(见1.4节和1.5节)，但不同的应用具有不同的设计要求，并以不同的方式使用核心硬件技术。宽泛地说，计算机主要被用于如下三种不同的应用场景中个人计算机(PeroalComuter,PC)可能是最广为人知的计个人计算机：用于个人使算机形式，本书的读者几乎都在广泛使用。个人计算机强调以低成用的计算机，通常包含图本向单个用户交付良好的性能，通常运行第三方软件。这类计算方形显示器、健盘和鼠标式推动了许多计算技术的发展，尽管它仅有35年的历史！服务器是过去曾是庞然大物的计算机的现代形式，通常只能通服务器：用于为多个用户过网络访问。服务器适用于执行巨大的工作负载，其中可能包括单并行运行大型程序的计算个复杂应用一通常是科学或工程应用程序；也可以执行许多小型机，通常只能通过网络作业，例如在构建大型W服务器时发生的任务。这些应用程序通访问。常来自其他来源（如数据库或模拟系统）的软件，但往往会针对特定需求进行修改或定制。服务器采用与桌面计算机相同的基础技术构超级计算机：具有最高的建，但能够提供更强大的计算、存储和输入/输出能力。通常情况性能和成本的一类计算下，服务器更强调可靠性，因为相比单用户个人计算机而言，服务机，一般被配置为服务器且通常耗费数千万美元甚器发生故障的代价更高。至数亿美元。服务器的成本和功能范围跨度极其广泛。低端的服务器可能比一台不带屏幕和键盘的桌面计算机稍贵一些，大约需要一千美元此类低端服务器通常用于文件存储、小型商业应用或简单的W服太字节：原始的定义为1099511627776(20)务。高端的服务器则是超级计算机(uercomuter),当前的超级计字节，而通信和辅助存储算机一般由成千上万颗处理器和数太字节(terayte)的内存组成，系统研发人员用其表示且成本高达几千万甚至数亿美元。超级计算机通常用于高端科学和1000000000000(102)字节。为了减少混淆，本书使工程计算，例如天气预报、石油勘探、蛋白质结构测定和其他大规用太比字节(teiyte,TB】模问题。尽管这样的超级计算机代表了最高的计算能力，但它们只这个术语来表示2字节，占据了服务器中相对较小的一部分，在整个计算机市场中所占总销而使用太字节(terayte,售收入的比例也很小TB)表示10字节。图1-展现了十进制和二进制数值嵌入式计算机是计算机中最大的一个类别，其应用场景和性能和名称的全部范围。范围也最为广泛。嵌人式计算机包括汽车、电视机中的微处理器或计算机，以及控制飞机或货船的处理器网络。嵌入式计算系统的设嵌入式计算机：用于运行计目标是运行单一应用程序或者一组相关的应用程序，并且通常和某预定应用程序或软件集硬件集成在一起以单一系统的方式一并交付。因此，尽管嵌入式计合的计算机，一般内嵌于算机的数量庞大，但仍然有大多数用户从来没有意识到他们正在使其他设备中计算机抽象及相关技术3用计算机。十进制二进制术语缩写数值术语缩写数值增长百分比千字节KB103千比字节KiB2102%兆字节MB106兆比字节MiB2205%吉字节GB109吉比字节GiB2307%太字节TB102太比字节TiB24010%拍字节PB1015拍比字节PiB25013%艾字节EB1018艾比字节EiB26015%泽字节ZB1021泽比字节ZiB27018%尧字节YB1024尧比字节YiB28021%图1-1通过为所有常见规格术语添加二进制记法解决了2与10字节的不明确性。在最后一列中，我们标记了二进制术语比相应的十进制术语大出多少的具体比例，可以看到该数值从上往下逐渐增大。这些前缀可以用于位和字节，所以吉位(G)为10位，而吉比位(Gi)为20位嵌人式应用常常具有特定的应用程序要求，这需要将最低性能与严格的成本及功耗限制结合在一起考虑。以音乐播放器为例，处理器只需要尽快执行有限的功能，除此之外，成本和功耗最小化是最重要的目标。尽管成本很低，但是嵌入式计算机通常对故障的容忍度较低，因为故障可能会令人不安（例如，新买的电视无法正常工作），甚至是破坏性的（例如，飞机或货船上的计算机系统崩溃)。在面向消费者的嵌入式应用（如数字家电）中，一般通过简单设计来获得可靠性一其重点在于尽可能地保证一项功能的正常运转。而在大型嵌入式系统中，采用了服务器领域的冗余技术。尽管本书的重点是通用计算机，但大多数概念直接或稍作修改即可适用于嵌入式计算机。详细阐述“详细阐述”是正文中的一些简短段落，提供读者可能感兴趣的特定主题的更多详细信息。因为后续材料并不依赖于详细阐述内容，所以对此不感兴趣的读者可以直接跳过。许多嵌入式处理器都是使用处理器核进行设计，处理器核是使用Verilog或VHDL(参见第4章)等硬件描述语言编写的处理器版本。它使得设计人员可将其他专用硬件与处理器核集成在一块单芯片上进行制造。1.1.2欢迎来到后PC时代技术的持续进步给计算机硬件带来了革命性的代际变迁，也改变了整个信息技术产业。从本书的上一版以来，我们经历了这种变化，这种变化就好像30年前个人电脑所带来的影响一样重大。替代个人电脑的是个人移动设备(PeroalMoileDevice,PMD)。个人移动设备利用电池供电，通过无线方式连接到互联网，价格通常只有几百美元。此外，和个人电脑一样，用户可以下载软件(“应用程序”)个人移动设备：连接到互在其上运行。与个人电脑不同的是，个人移动设备不再拥有键盘和联网的小型无线设备；它们依靠电池供电，并通过鼠标，更可能依靠触摸屏或语音作为输入。当前的个人移动设备是下载A的方式来安装软智能手机或平板电脑，但未来的个人移动设备可能包括电子眼镜。件。常见的例子有智能手图1-2给出了平板电脑及智能手机与个人计算机及传统手机之数量机和平板电脑。随时间快速增长情况的对比。4第1章14001200电话（不包括智能手机】1000狐800智能手机600400个人计算机（不包括平板电脑）200平板电脑0+200720082009201020112012图1-2代表着后PC时代的平板电脑及智能手机每年的产量与个人计算机及传统手机的对比。智能手机反映了手机行业近期的增长情况，并于2011年超过了个人计算机产量。平板电脑是增长最快的计算机类别，在2011年至2012年间几乎成倍增长。个人计算机和传统电话的产量保持不变甚至下降云计算接替了传统服务器，它依赖于现在称为仓储级计算机云计算：通过互联网提供(WarehoueScaleComuter,WSC)的巨型数据中心。像亚马逊和服务的大规模服务器集谷歌这样的公司构建了包含100000台服务器的仓储级计算机，一群，一些服务提供商动态地将不同数量的服务器作些公司租用其中的一部分为个人移动设备提供软件服务而无须建立为像水、电一样的公用资自己的仓储级计算机。事实上，正如个人移动设备和仓储级计算机源进行租用正在改变硬件行业一样，通过云计算实现的软件即服务(SaaS)正在彻底改变软件行业。当今的软件开发人员经常会将应用的一部分软件即服务：通过互联网以服务的方式提供软件和运行在个人移动设备上，另一部分则部署在云上。数据，通常是通过一个小型客户端程序（例如运行1.1.3你能从本书中学到什么在本地客户端设备上的浏览器)连接网络以运行程成功的程序员总是关注程序的性能，因为让用户快速获得结果序或获取数据，而不是必对于软件的成功而言至关重要。20世纪六七十年代，限制计算机性须完全在本地设备上安装能的主要因素是计算机的内存容量。因此，当时的程序员经常遵循和运行所有二进制代码。一个简单的信条：尽量减少程序占用的内存空间以加速程序运行。具体的例子包括We搜索和社交网络。近十年以来，计算机设计和存储器技术有了显著进步，除了嵌入式计算系统以外，大多数应用系统中内存容量对计算机性能的影响已大大降低了。现在，关心性能的程序员应该非常明确，20世纪60年代的简单存储模型已经不复存在，现代计算机的特征是处理器的并行性和存储的层次性。我们将在第3章至第6章中展示如何将C程序的性能提高200倍，从而阐释这一理解的重要性。此外，正如我们在1.7节中所阐述的，当今的程序员需要考虑在个人移动设备或云上程序运行的能效，这就要求他们了解代码之下的诸多细节。因此，程序员为了创造有竞争力的软件，必须加强对计算机组成的认知。我们很荣幸有机会解释这个革命性的计算机器中的内容，并阐明程序之下的软件以及机箱覆盖下的硬件是如何工作的。在你读完这本书的时候，我们相信你能够回答以下问题：●用C或Java等高级语言编写的程序如何被翻译成机器语言，以及硬件如何执行最终计算机抽象及相关技术5的程序？这些概念是理解软硬件如何影响程序性能的基础。·软件和硬件之间的接口是什么？软件如何指导硬件执行所需的功能？这些概念对于理解如何编写软件是至关重要的。·什么因素决定了程序的性能，以及程序员如何改进程序性能？我们将从本书知道，这取决于原始程序、将该程序转换成计算机语言的软件以及硬件执行该程序的有效性。·硬件设计人员可以使用哪些技术来提高性能？本书将介绍现代计算机设计的基本概念。感兴趣的读者可以在我们的进阶教材《计算机体系结构：量化研究方法》中找到更多关于此主题的内容·硬件设计人员可以使用哪些技术来改善能效？程序员可以做些什么来改变能效？·串行处理近来发展到并行处理的原因和结果是什么？本书给出了这一发展变化的动机，描述了当前支持并行的硬件机多核微处理器：在单个集制，并评述了新一代“多核”微处理器（见第6章）。成电路中包含多个处理器·自1951年第一台商用计算机以来，计算机架构师提出的哪(“核”)的微处理器。些伟大思想奠定了现代计算技术的基础？如果不了解这些问题的答案，那么要在现代计算机上改进程序性能，或者要评估不同计算机解决特定问题的优劣，都将是一个复杂的反复试验过程而非一个深入分析的科学过程。第1章为本书的其余章节奠定基础。它介绍了基本概念和定义，对软件和硬件的主要组成部分进行了剖析，展示了如何评估性能和功耗，介绍了集成电路（推动计算机革命的技术)，并在最后解释了技术向多核转变的原因。在本章及后面的章节中，读者可能会看到很多新的术语，或者可能听到过但不确定确切含义的术语。请不要惊慌或担心！在描述现代计算机时，确实会使用许多专用术语来作为帮助，它使我们能够精确地描述计算机的功首字母缩略词：通过提取一串单词的首字母构成的能或性能。此外，计算机设计师（包括本书作者）喜欢使用首字母单词。例如：RAM是随缩略词，一旦知道这些字母代表的是什么，就很容易理解了。为了机存取存储单元(Radom帮助读者记住和理解这些术语，在术语第一次出现的时候，本书将AcceMemory)的首字母缩略词，CPU是中央处给出明确定义。经过与术语的短时间接触，你将会熟练掌握它们，理单元(CetralProceig而且你的朋友也将对你正确使用BIOS、CPU、DIMM、DRAM、Uit)的首字母缩略词。PCIe、SATA等许多缩略词印象深刻」为了加强对程序运行时如何应用软件和硬件以影响性能的理解，我们安排了贯穿整书的专门模块“理解程序性能”，概括对程序性能的重要理解。下面就是第一个。理解程序性能程序的性能取决于以下各因素的组合：程序中所用算法的有效性，用来创建程序和将其翻译为机器指令的软件系统，计算机执行这些机器指令（可能包括输入/输出操作)时的有效性。下表总结了软件和硬件是如何影响程序性能的。软件或硬件组成部分该部分如何影响性能该主题出现的位置算法决定了源码级语句的数量和执行引/O操作的数量其他书籍编程语言、编译器和体系结构决定了每条源码级语句对应的计算机指令数星第2、3章处理器和存储系统决定了指令执行速度第4、5、6章/O系统（硬件和操作系统）】决定了/○操作可能的执行速度第4、5、6章如上所述，为了说明本书中思想的作用，我们在一系列章节中对一个完成矩阵和向量相6第1章乘的C程序的性能进行优化。每个步骤都可以帮助我们理解现代微处理器中的底层硬件是如何将性能提高200倍的！·在第3章的数据级并行部分中，我们使用C语言固有的子字并行将性能提高了3.8倍。·在第4章的指令级并行部分中，我们使用循环展开来开发多指令发射和乱序执行硬件，将性能再提高2.3倍。·在第5章的存储层次优化部分中，我们使用高速缓存分块技术将大型矩阵性能再次提高2到2.5倍。●在第6章的线程级并行部分，我们在OeMP中使用循环并行来开发多核硬件，将性能再次提高4到14倍。自我检测“自我检测”部分旨在帮助读者评估自己是否理解一章中介绍的主要概念并理解这些概念的含义。其中一些问题的答案比较简单，另外一些问题则适用于小组讨论。在本章最后可以找到一些具体问题的答案。“自我检测”只出现在章节末，如果你确定自己完全理解了这部分内容，则可以跳过该部分。1.每年嵌入式处理器的销售数量远远超过PC处理器甚至后PC处理器的数量。根据自己的经验，你支持还是反对这种看法？尝试列举你家中的嵌人式处理器。它与你家中传统计算机的数量相比如何？2.如前所述，软件和硬件都会影响程序的性能。请思考以下哪个例子属于性能瓶颈。·所选算法·编程语言或编译器·操作系统·处理器·IVO系统和设备1.2计算机体系结构中的8个伟大思想现在我们来介绍计算机架构师在过去60年中提出的8个伟大思想。这些思想非常强大，以至于在应用这些思想产生首台计算机之后的很长时间里，新一代的架构师仍然在设计中通过模仿向先驱致敬。这些伟大的思想将贯穿在本章和后续章节的主题中，明确使用了近100次。1.2.1面向摩尔定律的设计计算机设计者面临的一个永恒的问题就是摩尔定律(Moore'law)驱动的快速变化。摩尔定律指出单芯片上所集成的晶体管资源每18至24个月翻一番。摩尔定律是Itel公司的创始人之一戈登·摩尔在1965年对集成电路容量做出的预测。由于计算机设计需要花费数年时间，因此在项目结束时，每个芯片的可用晶体管资源相对设计开始时可以轻易实现双倍或四倍增长。像双向飞碟运动员一样，计算机架构师必须预测其设计完成时的工艺水平，而不是设计开始时的工艺水平。···试读结束···...

2023-01-14 epub文件结构 计算机组成原理 epub

图书名称：《计算机组成原理》【作者】杨洁主编【丛书名】普通高等教育计算机类系列教材【页数】262【出版社】北京：机械工业出版社,2021.01【ISBN号】978-7-111-66903-6【分类】计算机组成原理【参考文献】杨洁主编.计算机组成原理.北京：机械工业出版社,2021.01.图书封面：图书目录：《计算机组成原理》内容提要：本书系统地介绍了计算机的基本组成和工作原理。全书共分9章，主要内容包括：计算机系统概论、计算机中信息的表示方法、运算方法和运算部件、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、计算机的外围设备以及输入输出系统。本书内容全面、概念清晰、重点突出，内容组织循序渐进、深入浅出、系统性强。在编写过程中，注重基础知识、基本原理和基本技能的讲解。为了让学生更好地理解并掌握所学的知识，书中列举了大量的实例。此外，为了配合工程教育认证的需要，全书结构和内容更加贴近OBE的实际要求，知识点的侧重上也更加符合工程认证的实际需求。本书既可作为高等教育计算机专业的“计算机组成原理”课程的教学用书，也可作为计算机工程技术人员及计算机爱好者的参考书。《计算机组成原理》内容试读第1章计算机系统概论从第一台通用计算机问世算起，到现在已有70余年，在人类科技史上还没有一个学科的发展速度可以与计算机相提并论。计算机作为一个整体，由软件和硬件两大部分组成，为简化设计分析的难度一般组织成一个层次结构，以一个硬件物理机为核心，根据需要设计实现必要的软件虚拟机，以实现和满足不同应用场景的需要。当前的计算机均遵循冯·诺依曼(VoNeuma)原理，即遵循二进制信息表示、程序存储原理、五大基本部件组成，各部件均服务于信息表示、存储、加工和运算。对于计算机系统，可以用不同的度量参数来评价和比较其性能指标。本章将介绍计算机的发展历程、计算机常见类型、计算机常见应用场景和发展趋势，以及计算机的基本组成和性能指标。1.1计算机发展简史1.1.1计算机的产生及发展20世纪40年代，无线电技术和无线电工业的发展为电子计算机的研制准备了物质基础。1943~1946年，美国宾夕法尼亚大学研制的电子数字积分计算机ENIAC（E1ectroicNumericalItegratorAdComuter)是世界上第一台电子计算机。当时第二次世界大战正在进行，为了进行新武器弹道问题中的许多复杂计算，美国国防部资助开展了这项研究工作。ENIAC于1945年年底完成，1946年2月正式交付使用，因为它是最早问世的一台电子数字计算机，所以一般认为它是现代计算机的始祖。ENIAC共用18000多个电子管，1500个继电器，重达30t,占地170m2,耗电140kW,每秒能计算5000次加法。领导研制ENIAC的是埃克特(J.P.Eckert)和莫克利(J.W.Mauchly)ENIAC存在两个主要缺点：一是存储容量太小，只能存20个字长为10位(it)的十进制数；二是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要依靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。在ENIAC研制的同时，冯·诺依曼与莫尔小组合作研制了计算机EDVAC,其采用了存储程序方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算机。70多年来，随着技术的发展和新应用领域的开拓，人们对冯·诺依曼计算机进行了多次改革，使计算机系统结构有了很大的改进。例如，某些机器程序与数据分开存放在不同的存储器中，程序不允许修改，机器不再以运算器为中心，而是以存储器为中心等。虽然有以上这些突破，但原则上变化不大，习惯上仍称为冯·诺依曼计算机。2计算机组成原理根据电子计算机所采用的物理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成五代（相邻两代计算机之间在时间上有重叠)：1)第一代，电子管计算机时代（从1946年第一台计算机研制成功到20世纪50年代后期）。其主要特点是采用电子管作为基本器件。在这一时期，主要为军事与国防尖端技术的需要而研制计算机，并进行有关的研究工作，为计算机技术的发展奠定了基础。其研究成果扩展到民用，又转为工业产品，形成了计算机工业。20世纪50年代中期，美国IBM公司在计算机行业中崛起，1954年12月推出的IBM650(小型机)是第一代计算机中行销最广的机器，销售量超过1000台。1958年11月问世的IBM709(大型机)是IBM公司性能最高的最后一台电子管计算机产品。2)第二代，晶体管计算机时代（从20世纪50年代中期到20世纪60年代后期）。这一时期计算机的主要器件逐步由电子管改为晶体管，因而缩小了体积，降低了功耗，提高了运算速度和可靠性，而且价格不断下降。后来又采用了磁芯存储器，运算速度得到进一步提高，不仅使计算机在军事与尖端技术上的应用范围进一步扩大，而且在气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究等领域内也应用起来。这一时期人们开始重视计算机产品的继承性，形成了适应一定应用范围的计算机“族”（这是系列化思想的萌芽），从而缩短了新机器的研制周期，降低了生产成本，实现了程序兼容，方便了新机器的使用。1960年，美国控制数据公司(CDC)开始研制高速大型计算机系统CDC6600,于1964年完成，取得了巨大成功，深受美国和西欧国家各原子能、航空与宇航、气象研究机构和大学的欢迎，使该公司在研究和生产科学计算高速大型机方面处于领先地位。1969年1月，水平更高的超大型机CDC7600研制成功，平均每秒可进行千万次浮点运算，成为20世纪60年代末、70年代初性能最高的计算机。3)第三代，中小规模集成电路计算机时代（从20世纪60年代中期到20世纪70年代前期)。随着半导体工艺的发展，集成电路研制成功。集成电路成为这一时期的计算机所采用的基本器件，因为功耗、体积、价格等进一步下降，而运算速度及可靠性相应地提高，促使了计算机的应用范围进一步扩大。正是由于集成电路成本的迅速降低，产生了成本低而功能不是太强的小型计算机供应市场，占领了许多数据处理的应用领域。BM360系列是最早采用集成电路的通用计算机，也是影响力最大的第三代计算机。在1964年发布IBM360系列时就有大、中、小型等6个计算机型号，平均运算速度从每秒几千次到每秒一百万次。它的主要特点是通用化、系列化、标准化。①通用化：指令系统丰富，兼顾科学计算、数据处理、实时控制3个方面。②系列化：BM360各档机器采用相同的系统结构，即在指令系统、数据格式、字符编码中断系统、控制方式、输入输出操作方式等方面保持统一，从而保证了程序兼容。当用户更新机器时，原来在低档机上编写的程序可以不做修改就使用在高档机中。BM360系列后来陆续增加的几种型号仍保持与前面的产品兼容；后来，西欧国家与日本的一些通用计算机也保持与IBM360系列兼容；苏联和东欧国家联合制造的“统一系统”也是与IBM360系列兼容的。③标准化：采用标准的输入输出接口，因而各个机型的外部设备是通用的。采用积木式结构设计，除了各个型号的中央处理器(CPU)独立设计以外，存储器、外部设备都采用标准部件组装。4)第四代，大规模和超大规模集成电路计算机时代（从20世纪70年代中期到20世纪90年代初)。随着集成电路集成度的进一步提高，大规模和超大规模集成电路（LSI、VLSI)广泛应用到计算机中。20世纪70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并不断向第1章计算机系统概论3大容量、高速度发展。与此同时，并行技术、多机系统和分布式计算技术得到了发展，并出现了RISC指令集。另外，巨型向量机、阵列机等高级计算机也得到了发展，如美国的Cry-1、我国的“银河”等；同时，低档的微处理器开始出现，并进入家庭。5)第五代，巨大规模集成电路计算机时代(1990年至今)。从集成度来看，计算机使用的半导体芯片集成度接近了极限，出现了极大、甚大规模集成电路(ULSI、ELSI)。这一阶段出现了采用大规模并行计算和高性能机群计算技术的超级计算机。例如，BM公司的“深蓝”计算机是一台R$/6000SP2超级并行计算机，有256块处理器芯片；我国的“银河·Ⅲ”（大规模并行处理，有128个CPU)、“银河-V”(机群技术)巨型机已达到国际领先水平；而在1999年，“神威·I”超级并行处理计算机的成功研制，使我国成为继美国和日本之后第三个具备研制高性能计算机能力的国家。微处理器此时推出了32位、64位芯片，如Petium4、Itaium2等。我国也同时开始了处理器芯片的设计与研究，推出了“龙芯”芯片、“飞腾”芯片，还有华为海思的“麒麟”芯片。从1971年内含2300个晶体管的Itel4004芯片问世，到1999年包含了750万个晶体管的Petium2处理器，再到2004年的Petium4的核心集成了5500万个晶体管，芯片的集成度大体上每三年翻两番一这就是著名的摩尔定律。后来转述为微处理器的工作速度，在一定成本下，大体上也是每18个月翻一番。摩尔定律问世至今已近60年了，芯片上元件的几何尺寸不可能无限制地缩小下去，其发展的制约因素主要是在技术和经济两个方面：技术上，随着硅片上元件密度的增加，当增加到纳米级别时材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使半导体器件不能正常工作；经济上，当线路缩小到0.1μm时，其生产线的建造价格将达到100亿美元，致使企业提高芯片集成度的积极性不高。但是人们对设备的高性能算力的追求却没有停止，由于摩尔定律的局限性，只靠提高单一CPU的性能已经无法满足计算机计算性能的提高，解决之道有两个：一是发现更好的材料，这样可以有效地克服在芯片集成度提高时可能会引发的物理或化学效应；二是改变简单依赖提高集成度和主频来提高单一CPU运算能力的思路，在芯片内部集成多个CPU核，通过在计算机芯片上安装多个CPU,实现多个CPU并行工作，以此提高数据处理速度。例如，Itel公司2017年发布的酷睿i9就提供了18内核。正如CyerCah的总裁丹·林启所说的“摩尔定律是关于人类创造力的定律，而不是物理学定律”，当人们相信某件事情一定能做到时，就会努力来实现它。1.1.2计算机的分类随着大规模集成电路的迅速发展，计算机进入大发展时期，各种类型的计算机都得到了迅速发展。下面对各类计算机的情况进行简单介绍。1.大型机大型机是反映各个时期先进计算技术的大型通用计算机，其中BM公司的大型机系列影响最大。20世纪60~80年代，信息处理主要是以主机系统加终端为代表（即大型机）的集中式数据处理，20世纪60年代的BM360系列、20世纪70年代和80年代的IBM370系列曾占领大型机的霸主地位。IBM公司为开发BM360系列的软件耗费了巨大的人力和财力，据估计，BM用户在应用程序和培训等方面耗费了2千亿美元，是硬件投资的3~5倍。如此丰富的软件不能抛弃，只能继承，这已成为用户与计算机厂家的共识，但也成为计算机发展的制约因素。因此，IBM370系列在保持与IBM360系列兼容的前提下进行了改进与提高，其主流产品有IBM303X系列与BM4300系列，后者是该系列中的低档产品。计算机组成原理进入20世纪80年代以后，随着微型机性能的极大提高和网络技术的普及，客户机/服务器(Cliet/Server)技术得以飞速发展并普及，曾一度使大型机的作用受到怀疑。进入20世纪90年代后，随着企业规模的扩大与信息技术的发展，很多使用客户机/服务器的分布式运算模式的用户发现，这种系统的管理极为复杂，运算营运成本高，安全可靠性难以保证。企业需要一个开放的、安全的大型服务器作为计算平台，于是大型机获得了东山再起的机会，因为只有大型机才具有高可靠性、安全性、高吞吐能力、高可扩展性、防病毒以及防黑客的能力。与此同时，大型机的性能在不断提高，成本不断下降。20世纪90年代，BM推出的大型机系列为IBMS/390系列，并不断推出新产品，ES/9000即是IBMS/390系列中的知名产品之一，1997年的主流产品是9672系列。1997年6月，推出的IBMS/390第4代产品采用了CMOS工艺，从而减少了功耗，并提高了芯片的集成度。1998年5月，IBMS/390第5代产品问世，主机运算速度达到10亿次/。IBMS/390不仅仍保持与IBM360、IBM370的兼容，还包含了许多新特点，如良好的开放性、并行计算环境等，被广泛用作企业服务器。2010年7月，IBM宣布推出zEterrie大型主机服务器和一个全新设计的系统。该系统能够允许大型主机、POWER7和Sytemx服务器上的工作负载共享资源，并作为一个单一的虚拟的系统进行管理。其他计算机厂家在发展新机种时也遵循兼容的原则。某些计算机厂家走上与BM计算机兼容的道路，称之为PCM,即PlugComatileMaiframe(插接兼容主机一硬件完全兼容)或ProgramComatileMaiframe(程序兼容主机一软件兼容)，制造与IBM兼容的计算机。它们按BM系列计算机的系统结构制造主机，并直接引用BM计算机的软件，因而使产品的性能价格比优于BM原装机，以争夺市场。2.巨型机（超级计算机）现代科学技术，尤其是国防技术的发展，需要有很高运算速度、很大存储容量的计算机，而一般的大型通用计算机无法满足要求。集成电路的发展为制造巨型机（也称为超级计算机）提供了条件。巨型机具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部设备及丰富的、多功能的软件系统。20世纪60~70年代相继推出了一些巨型机，其中取得最高成绩的要推Cry-1计算机。针对天气预报、飞行器的设计和核物理研究中存在大量向量运算的特点，Cry-1计算机的向量运算速度达8000万次/,并兼顾了一般的标量运算。1983年研制成功的CryX-MP机的向量运算速度达4亿次/。与此同时，CDC公司的CYBER203和CYBER205先后完成，CYBER205每秒可进行4亿次浮点运算。这些是20世纪80年代初期水平最高的巨型机。但是这些成就还不能满足一些复杂问题的需要，所以不少单位开展了性能更高的巨型机的研究工作。后来微处理器的发展为阵列结构的巨型机的发展带来了希望。例如，古德伊尔公司为美国国家航空航天局(NASA)研制了一台处理卫星图像的计算机系统MPP,该机由16384个微处理器组成128×128方阵。这种采用并行处理技术的多处理器系统是巨型机发展的一个重要方面，称为小巨型机。现代巨型机硬件大多采用流水线、多功能部件、阵列结构或多处理机等各种技术。流水线是把整个部件分成若干段，使众多数据能重叠地在各段操作，特别适合向量运算，性价比高，应用普遍。多功能部件可以同时进行不同的运算，每个部件内部又常采用流水线技术，既适合向量运算又适合标量运算。我国的“银河”机和日本的VP/200、S810/20机进一步将每个向量流水部件或向量处理机加倍，组成双向量阵列，又把向量运算速度提高了两倍。美国CY第1章计算机系统概论5BER205机的向量处理机可按用户需要组成一、二或四条阵列式的流水线，技术上又有所发展。多处理机系统以多台处理机并行工作来提高系统的处理能力，各台处理机可以协作完成一个作业，也可以独立完成各自的作业。每台处理机内部也可采用各种适宜的并行处理技术。在任务的划分与分配、多处理机之间的同步与通信和互联网络的效益等方面，多处理机系统尚存在不少问题有待解决。我国也在20世纪80年代开始了巨型机的研制。1983年12月22日，中国第一台运算速度达1亿次/以上的计算机“银河”在长沙研制成功。1992年11月19日，“银河·Ⅱ”（运算速度达10亿次)巨型计算机在长沙通过国家鉴定。1999年，由清华大学研制的“探索108”大型群集计算机系统及高效能网络并行超级计算机THNPSC-1问世，其最高浮点运算速度达到300亿次。2000年1月28日，中国科学院计算技术研究所研制的863项目“曙光2000-Ⅱ”超级服务器通过鉴定，其运算速度峰值达到1100亿次/,机群操作系统等技术进入国际领先行列。2011年，我国以国产微处理器为基础制造出国内第一台超级计算机，名为“神威蓝光”。2016年6月，在新一期的世界超级计算机500强榜单中，“神威·太湖之光”超级计算机和“天河二号”超级计算机位居前两位。3.小型机小型机规模小、结构简单，所以设计试制周期短，便于及时采用先进工艺，生产量大，硬件成本低，同时由于软件比大型机简单，所以软件成本也低，再加上易操作、易维护和可靠性高等特点，使得管理机器和编制程序都比较简单，因而得以迅速推广，掀起一个计算机普及应用的浪潮。DEC公司的PDP-11系列是16位小型机的代表；到20世纪70年代中期，32位高档小型机开始兴起，DEC公司的VAX11/780于1978年开始生产，应用极为广泛。VAX11系列与PDP11系列是兼容的。20世纪80年代以后，精简指令集计算机(RISC)问世，导致小型机性能大幅度提高。小型机的出现打开了在控制领域应用计算机的局面，许多大型分析仪器、测量仪器、医疗仪器都使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算等。应用于工业生产上的小型机除了进行上述工作外，还可进行自动控制。2000年以前，小型机还广泛应用于工程设计、科学计算、信号处理、图像处理、企业管理以及在客户机/服务器结构中用作服务器等。但是小型机有以下缺点：1)封闭性。小型机主要运营封闭的Liux系统，例如IBM的AIX、HP的HP-UNTX、Su的Solari。.这些系统都是非常封闭的，互相之间软件不能通用，导致应用类型不丰富，只能限定在某些专用业务场景下，进而使软件生态下降，发展缓慢。2)复杂性。小型机的结构比较复杂，运行的系统也比较复杂，只有专业的技术工程师才能进行使用和维护，这就又大大减少了应用场景。目前，X86-64的服务器处理器从功能到性能均已优于传统的使用RISC处理器的小型机，同时高端X86服务器的可靠性已有了质的飞跃；而且X86服务器的价格在几万到十几万，与小型机几十万到近百万的价格相比也具有极大优势。更应当注意的是，随着虚拟化技术的发展，X86服务器具有了卓越的性能，同时还实现了标准化管理、高可用性、硬件升级更为方便、集中管理、集中监控、提高运维效率等诸多优势，小型机逐渐被市场淘汰。4.微型机微型机的出现与发展掀起了计算机大普及的浪潮。利用4位微处理器Itel4004组成的MCS-4是世界上第一台微型机，它于1971年问世。Itel8086是最早开发成功的16位微处理6计算机组成原理器(1978年)。1981年，32位微处理器Itel180386问世，与原来的产品相比，除了主频速度提高外，还将原属片外的有关电路集成到片内。32位微处理器采用过去大中型计算机中所采用的技术，因此用它构成的微型机系统的性能可以达到20世纪70年代大中型计算机的水平。20世纪70年代后期，兴起个人计算机（一种独立的微型机系统）热潮，最早出现的是Ale公司的AleⅡ型微型机（1977年)，此后各种型号的个人计算机纷纷出现。1981年，一向以生产大中型通用机为主的IBM公司推出了IBMPC机。该机采用Itel80×86(当时为8086)微处理器和Microoft公司的MS-DOS操作系统，IBM公司还公布了IBMPC的总线结构，这些开放措施为微型机的大规模生产打下了基础。后来又推出扩充了性能的IBMPC/XT、IBMPC/AT以及386、486和Petium等多种机型，由于具有设计先进、软件丰富、功能齐全、价格便宜和开放性等特点，很快成为微型机市场的主流。国内外有不少厂家相继生产了与IBM兼容的个人计算机及其配套的板级产品和外部设备。个人计算机走向家庭，并向多媒体方向发展，这就是家用计算机和多媒体计算机。同时，微型机向小型化发展，出现了便携机（膝上型、笔记本型和掌上型），在20世纪90年代获得迅速发展。进入21世纪之后，伴随电池技术、LED显示技术、网络应用等技术进一步发展和成熟，便携式计算机的续航能力、重量与尺寸、数据传输能力等方面得到极大提升和改善，便携型计算机已经得到广泛应用，比较有代表性的企业或产品包括美国的苹果、戴尔，韩国的三星，中国的华为、小米、华硕等。5.工程工作站工程工作站是20世纪80年代兴起的面向广大工程技术人员的计算机系统，一般具有高分辨率显示器、交互式的用户界面和功能齐全的图形软件，集中应用于各种工程方面的计算机辅助设计，如集成电路设计、机械设计、土木建筑设计等。1980年成立的Aollo公司和1982年成立的Su微系统公司主要从事工作站的研制与生产工作，开始都采用Motorola的微处理器芯片，后来改用RISC微处理器。1987年以后，工作站普遍采用32位或64位的RISC微处理器，不仅处理速度快，而且具有强大的图形处理功能和友好的窗口界面，后来又向多处理器系统和分布式处理系统发展。典型的产品有Su公司的SPARC系列、DEC公司的Alha系列，以及SGI公司和HP公司的工作站系列。工程工作站出现得比较晚，所以一般都带有网络接口，并采用开放式系统结构，即将机器的软硬件接口公开，以鼓励其他厂商、用户围绕工作站开发软硬件产品，同时尽量遵守国际工业界流行的标准。6.嵌入式计算机嵌入式计算机是一种“专用”计算机，一般指非PC系统，是针对网络、通信、音频、视频、控制等某个特定的应用而存在的，由嵌入式微处理器、外部硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等部分组成：它的软硬件可裁剪，以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用计算机系统。嵌入式计算机的应用软件与硬件集成于一体，类似于PC中BIOS(基本输入输出系统)的工作方式，具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合要求实时和多任务的体系。嵌人式计算机应用于手机、数字电视、家用电器、网络设备、交通工具、工业控制、医疗设备等生产生活的各个领域。···试读结束···...

2023-01-14

图书名称：《神经系统肿瘤诊断与治疗》【作者】李博主编【页数】289【出版社】长春：吉林科学技术出版社,2019.08【ISBN号】978-7-5578-5647-2【分类】神经组织肿瘤－诊疗【参考文献】李博主编.神经系统肿瘤诊断与治疗.长春：吉林科学技术出版社,2019.08.图书封面：图书目录：《神经系统肿瘤诊断与治疗》内容提要：本书包括总论篇和各论篇两大部分，其中第一篇为总论篇，共五章，讲述了病因学、病理学、影像学检查、临床征象、神经系统肿瘤的基本技术及进展。第二篇为各论篇，共十二章。第六章内容为神经外科急危重症，第七章到第十五章，详述了各神经系统肿瘤疾病的诊断与治疗，包括头皮肿瘤、颅骨肿瘤、大脑半球肿瘤、特殊部位肿瘤、小脑肿瘤、周围神经系统肿瘤等。第十六章讲述了术后并发症及其预防、第十七章为神经内科患者的护理。本书能帮助基层医生熟悉和掌握神经系统肿瘤疾病常见病、多发病的诊断与治疗。《神经系统肿瘤诊断与治疗》内容试读第一篇总论第一章病因学至今，中枢神经系统肿瘤的确切病因尚未完全清楚。目前较普遍接受的概念为先天性与遗传因素，以及继发性致瘤因素（包括生物、化学、物理等）。一、先天因素胚胎发育过程中原始细胞或组织的异位残留于颅腔或椎管内，在一定条件下它们又具备分化与增殖功能，可发展成为神经系统先天性肿瘤。这类肿瘤常见的有颅咽管瘤、脂肪瘤及胶样囊肿等。神经系统先天性肿瘤发病率较高，约占颅内与椎管内肿瘤的9.5%。肿瘤生长缓慢，多属良性，发病年龄无定，但以青少年时期较多见，也有的在中、老年时期才发病。二、遗传因素人体的基因缺陷或变种可形成神经系统肿瘤，如神经纤维瘤病、视网膜母细胞瘤及血管网状细胞瘤。多发性神经纤维瘤属于神经系统肿瘤遗传最具典型的代表，为常染色体显性遗传性肿瘤，外显率多系顿挫型。约半数患者有家族病史，男女性别比基本相等，但Zue1ch(1965年)的统计表明，女性罹患率高于男性。神经纤维瘤病主要为神经外胚层组织发生，典型的病理改变是由梭形细胞构成的神经纤维瘤，肿瘤成分系神经胶质和施万细胞的增殖。多在脊神经根及周围神经干上生长，表现为皮内及皮下多发性结节，皮肤色素沉积斑。本类肿瘤可伴有颅内神经鞘瘤、胶质细胞瘤或脑膜瘤。视网膜母细胞瘤系常染色体显性遗传方式传播，发病率占存活婴儿的1/3.4万至1/2万，多数病例见于3岁以前，男女性别相等。单发性病灶占3/4，具有体细胞的变种，有12%~17%可传给子代：多灶性病损则有细胞的染色体变种，家庭中的其他子代成员很有可能易感，50%~65%能传给子代。对视网膜母细胞瘤的染色体研究发现，在染色体13的一对长臂可缺失其一(13q),或染色体13的长臂上14带的缺失(13g14),且有酯酶D(一种与染色体13q14区基因相结合的酶)的活力缺乏。研究认为，单纯一种染色体13q14缺失不足以引起肿瘤，只有当另一种染色体变种、13q缺失也同时存在时，才使视网膜母细胞瘤得以发生。血管网状细胞瘤亦称血管网状细胞瘤，具有遗传因素，文献中有不少报告在一个家族中有多人患此病。如上海华山医院曾报道一个家族4代122人中有11人患此病，其中6例经病理检查证实；天津医科大学总医院报告一家族中兄弟3人均患此病；第四军医大学附属西京医院于1994年亦报道一个家庭中2代6人在23年内先后:神经桑镜肿瘤诊断与洛疗患此病。凡具有家族倾向的血管网状细胞瘤，或并发视网膜血管网状细胞瘤及肾、胰、肝等内脏囊肿或肿瘤，以及附睾炎、血液红细胞增高症等，也称之为voHiel--Lidau综合征。三、物理因素创伤一直被认为是脑膜瘤或胶质细胞瘤发生的可能因素。Cuhig和Eiehardt提到头部创伤可能为某些脑膜瘤的病因。在他们经治的313例脑膜瘤中，33%病例有头部创伤史，且24例在肿瘤部位曾有颅骨凹陷骨折，而遗留的瘢痕组织与肿瘤密切相连。Zuelch广泛复习了那些被医生们考虑与外伤有明显联系的颅内肿瘤病例，提出临床上若确定创伤为颅内肿瘤的病因应具备下列条件：①患者于损伤前身体健康。②损伤作用力较大，足以引起部分脑及脑膜的损害。③损伤的部位与肿瘤发生的位置完全相符。④距离伤后应有相当一段时间。⑤肿瘤应有活检及组织学切片证实。创伤后神经系统出现肿瘤的时间难以预料，一般认为伤后数周以内发生肿瘤者，多数不是创伤引起的。但是对创伤作为脑瘤成因的意见并不一致。在第二次世界大战及越南、中东战争中，造成的颅脑创伤病例较多，据调查战后神经系统肿瘤的发病率没有明显增加，因而不支持创伤为肿瘤的病因。Parker和Keroha报道的一组颅内肿瘤中，4.8%与创伤有关，但与另一组431例同年龄的其他患者和另一组同样年龄的正常健康人比较，其各自的外伤史分别为10.4%及35.5%，因此，他们亦不支持外伤为其病因的观点。目前较普遍的意见认为除了少数脑膜瘤外，创伤的致肿瘤作用尚难确定。比较容易理解的概念是：创伤促进原已存在的肿瘤生长，或创伤引起的脑、脑膜瘢痕组织间变而成为肿瘤。物理因素中的放射线致瘤性已有许多病例报告，如颅内肿瘤手术后行放射治疗，数年后于照射野发生脑膜瘤或纤维肉瘤。在实验中采用不同射线及剂量照射后，可以诱发皮肤癌、唇、舌、食管纤维肉瘤或骨肉瘤。有研究发现，在神经系统应用治疗性放射线照射后，于电子显微镜下见到细胞萎缩、基底膜及线粒体明显改变。目前公认，放射线引起的组织间变与畸变，最终将导致癌变。使用二氧化钍对动物进行照射，可诱发脑膜瘤，而应用X射线照射常引起肉瘤。对猴子脑应用大剂量X射线照射后1年，可诱发脑胶质细胞瘤。Zuelch(1965年)报道一例15岁女孩因患大脑半球室管膜瘤，行手术全切除后作术野放射治疗，6年后死亡，尸检发现放疗部位结节状纤维肉瘤与开颅骨瓣区的脑膜紧密相连。Ruel1和Ruitei(1968年)报道一例18岁男性患者患有额叶局限性巨细胞胶质母细胞瘤，手术切除后进行深部X线放疗，6年后尸检发现手术部位的脑膜发生了一个巨大纤维肉瘤。此外，尚有视神经胶质细胞瘤术后放疗继发恶性脑膜瘤、小脑髓母细胞瘤术后放疗继发巨大纤维肉瘤的报道。因此，Rue11等提出，放射区域的细胞突变是肿瘤形成的基础。由放射线诱发的肿瘤恶性为多，接受放射剂量大多超过30Gy,发病潜伏期为5~22年。四、化学因素动物实验证明有多种化学物质可诱发神经系统肿瘤。作为此类研究的目的在于弄清致瘤化学物质的种类及机制，研究肿瘤发病率和建立治疗性探索的动物模型。多环芳香碳氢物如甲基胆蒽、二苯蒽、苯并芘等，将其种植到目的物上，均可诱发神经系统肿瘤。将这些化学物质种植到脑的不同部位，可产生不同类型的肿瘤。2第一章病因学。0er1ig等用苯并芘晶体种植于大鼠脑皮质内，在存活的3只动物10个月后诱发出垂体腺瘤，而将油状苯并芘注射至大鼠脑内，成功地诱发出上皮样垂体腺瘤。W®1用甲基胆葱注射入大鼠脑内，结果6只中的1只发生上皮样肉瘤；另一组实验用同样药物及方法注射后，5只中的4只发生了肉瘤。国内陈炳桓教授等(1981年)亦应用甲基胆蒽植入小鼠脑内，诱发出了胶质母细胞瘤，并建立了G422瘤株。硝酸化合物如甲基亚硝腺(MNU)、乙基亚硝脲(ENU),经口服或静脉注射，可诱发神经系统肿瘤。第四军医大学西京医院神经外科将ENU由尾静脉注射入SD母鼠体内（孕18~20),成功地在子一代诱发出星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤。诱发的肿瘤类型主要取决于化学物质的品种、剂量、接种部位与给药方式，以及实验动物的类别、年龄和个体差异等。诱发的肿瘤可为胶质细胞瘤、脑膜瘤、肉瘤、上皮癌、垂体腺瘤、松果体瘤等。MNU及ENU特别对围生期的鼠具有致瘤作用，胚胎发育至12~15d时最为易感，而将其注射至成年鼠血管内，约在半年后诱发出神经系统恶性肿瘤。化学物质诱发的神经系统肿瘤在大脑半球的皮质下白质内、海马区和侧脑室周围最多见，发生在后颅窝者较少见，而周围神经则以三叉神经、臂丛及腰丛发病率较高。五、生物学因素早在21世纪初，即知某些病毒能诱使动物发生肿瘤。目前已发现30多种动物的某些肿瘤是由病毒引起的，并发现人的某些肿瘤与病毒感染有密切关系。现今认为，许多病毒（包括从人体组织分离出来的病毒颗粒)接种至动物脑内可诱发出肿瘤。常用的致瘤病毒有腺病毒、aova病毒、肉瘤病毒(RSV)、脱氧核糖核酸病毒(DNAV)、核糖核酸病毒(RNAV)、多瘤病毒、猴空泡病毒(SV40)及0cora病毒等。由病毒诱发的脑瘤数量与种类取决于接种动物的年龄及部位，从脑内接种较之鞘外种植更为有效。这些病毒均可诱发肉瘤，而0cora病毒常可引发星形细胞瘤和胶质母细胞瘤；腺病毒可诱发神经源性肿瘤（神经母细胞瘤、视网膜母细胞瘤)；Paova病毒可诱发室管膜瘤、脉络丛乳头状瘤和髓母细胞瘤：DNAV和RNAV可诱发出多种肿瘤，如脑膜瘤、松果体瘤、胶质母细胞瘤及肉瘤等。这些不同结果亦取决于病毒亚型的致瘤作用，如JCPaova病毒较之BKPaova病毒更易诱发神经源性肿瘤。病毒致瘤的机制是它们进入细胞后，均在胞核内合成DNA时（即瘤细胞的S期）迅速被依附于染色体内，并改变染色体上基因的特性，使细胞原有的增殖与分裂功能发生了变化。鉴于此过程都发生于分裂细胞，因而可解释年轻动物的易感性（胶质细胞瘤、垂体腺瘤）。近年来，科学家对人脑肿瘤与SV40及SV40样病毒关系的研究已很深入，SV40及SV40样病毒（包括BKV和JCV)为多瘤病毒属的DNA病毒。将此病毒注入新生小鼠后可产生不同类型的肿瘤，故名多瘤病毒。其基因组由5.2k组成的环状双链DNA,早期转录物翻译的大T抗原(LTag)属磷蛋白，与特异性序列结合可引起病毒DNA复制。在转化过程中，LTag的作用类似一种癌基因产物，可改变宿主细胞染色体的稳定性，刺激细胞增殖，并与P53、蛋白结合使之失活。SV40、BKV和JCV对脑组织具有嗜性，JCV可导致人类患有进行性多发性白质脑病(PML)。目前已有的资料尚难明确人脑肿瘤与SV40及SV40样病毒的关系。SV40可诱发实验动3·神往素镜肿瘤诊断与修疗物的脉络丛乳头状瘤或脑室壁的室管膜瘤，发病率几乎可达100%。1984年Briter等将SV40大T序列整合到鼠基因组中，首次成功地诱发了脉络丛乳头状瘤；0'Be等将大T序列连接在黄体生成素B-亚单位的启动子上做插入序列，结果产生了垂体腺瘤。1995年德克萨斯州休斯敦Baaylor医学院的研究人员在人脑肿瘤中发现了完整、活的SV40,而且不仅仅是它的基因和蛋白质；同年，在意大利脑肿瘤患者及正常人组织中发现有BKVLTag基因序列。1996年在美国费城从少突胶质细胞瘤患者中发现JCVDNA序列及LTag表达。这些资料提示，不同区域的脑肿瘤，以及脑肿瘤的不同组织类型，与SV40、BKV和JCV的关系可能有所不同。Martii等在对人脑肿瘤病因学的研究中亦发现了SV40,该病毒广泛存在于自然界，但除在肿瘤内存在外，身体其他组织器官并未检测到。同样，他在意大利的多种脑肿瘤组织中发现SV40DNA序列及Ltag有着高表达，而正常脑组织则为阴性。因此，该现学者认为，SV40是诱发人类脑肿瘤的重要生物学因素。六、肿瘤移植模型在人类和实验动物的脑外组织并不能阻止胶质细胞瘤的生长。人类胶质细胞瘤偶然可转移至中枢神经系统以外的组织器官增殖性生长，如肺部、淋巴结、肾脏及其他器官。Grace等将脑胶质细胞瘤细胞移植到同一患者的皮下组织内，见到肿瘤自然生长。在动物实验中将胶质细胞瘤细胞由静脉注射入大鼠体内，发现其体内有多脏器的同源性肿瘤生长。国内王忠诚教授等曾用多环碳氢化合物植入小鼠脑内，成功地诱发了脑肿瘤，第一代为星形细胞瘤，经多次传代后稳定为低分化细胞原始的胶质母细胞瘤，可种植于脑内、皮下、肌肉等处生长，不出现自发消退。此种动物模型的建立为进一步研究神经系统肿瘤学的起因、增殖、药物筛选等提供了重要手段。4第二章病理学一、领内肿瘤的病理学基础(一)概述颅内肿瘤即各种脑肿瘤，是神经系统中常见的疾病之一，对人类神经系统的功能有很大的危害。一般分为原发和继发两大类。原发性颅内肿瘤来源于颅内各种组织成分如脑组织、脑膜、脑神经、脑血管、垂体腺与胚胎残余组织等。继发性肿瘤指身体其他部位如肺、子宫、乳腺、消化道、肝脏等的恶性肿瘤转移或侵入颅内形成的转移瘤。寄生虫囊、肉芽肿、脓肿、动脉瘤与血管畸形等均可发生于颅内，但不属于颅内肿瘤范围，可统称颅内占位性病变。(二)发病率近年来，颅内肿瘤发病率呈上升趋势，据统计，我国颅内肿瘤患病率约为32/10万，一项世界性的统计为40/10万。就全身肿瘤的发病率而论，脑瘤居第六位，仅低于胃、肺、子宫、乳腺、食道肿瘤。在成人，脑瘤占全身肿瘤总数的2.5%，儿童期脑瘤在全身各部位肿瘤中所占比率相对较多，占全身肿瘤的8.2%，而其他恶性肿瘤最终会有20%~30%转入颅内，由于其膨胀的浸润性生长，在颅内一旦占据一定空间时，无论其性质是良性还是恶性，都势必使颅内压升高，压迫脑组织，导致中枢神经损害，危及患者生命。脑胶质细胞瘤（简称胶质瘤）是颅内肿瘤中最多的一类，接近颅内肿瘤的半数，依次多见的为脑膜瘤、垂体腺瘤及神经纤维瘤，其他类肿瘤较少。颅内肿瘤可发生于任何年龄，以20~50岁为最多见，婴幼儿与60岁以上老年人发病皆较少。国内资料显示发病高峰在31~40岁，而国外大部分统计资料在45岁。少儿以颅后窝及中线肿瘤较多见，主要为髓母细胞瘤、顿咽管瘤、星形细胞瘤、室管膜瘤及松果体瘤等。成人脑瘤多见于幕上，少数位于幕下，以大脑半球胶质瘤为最多见，如星形细胞瘤、胶质母细胞瘤、室管膜瘤等其次为脑膜瘤、垂体腺瘤及颅咽管瘤、神经纤维瘤、海绵状血管瘤、胆脂瘤等。老年人多位于大脑半球，以多形性胶质母细胞瘤、脑膜瘤、转移瘤等居多。国内统计资料表明，10岁以下多见的肿瘤依次是髓母细胞瘤、星形细胞瘤、先天性肿瘤、颅咽管瘤、室管膜瘤；罕见的肿瘤是继发性肿瘤、神经鞘膜肿瘤、垂体腺瘤。11~20岁多见肿瘤依次为星形细胞瘤、先天性肿瘤、颅咽管瘤、髓母细胞瘤、脑膜瘤、室管膜瘤：少见或罕见的肿瘤是垂体腺瘤和听神经瘤。21~40岁多见肿瘤为星形细胞瘤、脑膜瘤、垂体腺瘤、神经鞘膜肿瘤、先天性肿瘤、胶质母细胞瘤；髓母细胞瘤和室管膜瘤少见。41~60岁除脑膜瘤、星形细胞瘤、神经鞘膜肿瘤和继发性肿瘤外，胶质母细胞瘤和垂体腺瘤也较多见；先天性肿瘤少见；髓母细胞瘤极罕见。61岁以上者，所有类型肿瘤均大为减少。·神经桑铣肿瘤诊断与潘疗据国内黄文清统计，不同类型肿瘤各有其好发年龄和高峰。星形细胞瘤、胶质母细胞瘤、少突胶质细胞瘤和血管网状细胞瘤均好发于11~60岁，35岁为高峰。室管膜瘤和髓母细胞瘤高峰均在20岁前，但前者好发年龄在30岁以前，后者在20岁以前。脑膜瘤和神经鞘膜肿瘤好发年龄在21~60岁，前者高峰在45岁，后者在35岁。垂体腺瘤好发年龄在21~50岁，高峰在35岁。表皮样囊肿和皮样囊肿好发年龄在21~50岁，高峰在25岁。颅咽管瘤在50岁以下各年龄组均多见，高峰在15岁。继发性肿瘤好发于21~60岁，高峰在40~60岁。原发性颅内肿瘤发病率无明显性别差异，男稍多于女。国内统计资料表明，中枢神经系统肿瘤男女比例为1.4：1，一般均男性多于女性，仅两类肿瘤男性少于女性，即脑膜瘤(0.9：1)和听神经瘤(0.9：1)。国外Z1ch统计资料表明，男性少于女性的脑瘤仅三种，即成胶质母细胞瘤(9：11)、脑膜瘤(6：7)和听神经瘤(1：2)。颅内肿瘤的发病部位分布：肿瘤发生的部位，幕上者多于幕下，二者发病率之比约为3:1。幕上的脑瘤位于额叶、颢叶者居多，幕下者多见于小脑半球与蚓部、第Ⅳ脑室、桥小脑角。国内黄文清统计资料表明，颅内肿瘤多发生于幕上，约占74.4%少部分发生于幕下，约占25.3%。颅内肿瘤有四大好发区，大脑额、颢、顶叶为第一好发区，占全部颅内肿瘤的1/3,其中额叶最多见。第二好发区为包括垂体在内的蝶鞍区，约占全部颅内肿瘤的1/3。第三好发区为桥小脑角区，占全部顿内肿瘤的1/8。第四好发区为小脑蚓部和第V脑室，占全部颅内肿瘤的1/10。其余1/4颅内肿瘤分散于颅内其他区域。幕上常见肿瘤依次为星形细胞瘤、脑膜瘤、垂体腺瘤、颅咽管瘤和胶质母细胞瘤，约占幕上肿瘤的4/5；继发性肿瘤、少突胶质细胞瘤、室管膜瘤、血管瘤和畸形也较常见。幕下最常见肿瘤为听神经瘤，约占幕下肿瘤的1/3：其次分别为髓母细胞瘤和星形细胞瘤，二者约占幕下肿瘤的1/3；室管膜瘤、脑膜瘤、血管网状细胞瘤、表皮样囊肿和皮样囊肿次常见。大脑实质内以神经上皮性肿瘤最常见，其中绝大多数为胶质瘤，尤其是星形细胞瘤和胶质母细胞瘤。大脑凸面以脑膜瘤最多见。脑室中侧脑室以室管膜瘤最多见，约占侧脑室内肿瘤的28%，其次为脑膜瘤和星形细胞瘤，各占20%左右；第Ⅲ脑室以星形细胞瘤最多见，约占31%，其次依次为颅咽管瘤(20%)和室管膜瘤(17%)；第Ⅳ脑室以室管膜瘤最多见，占41%，其次分别为髓母细胞瘤(24%)和星形细胞瘤(16%)。松果体区是畸胎瘤的好发部位，占该区肿瘤的60%其次为星形细胞瘤(11%)和松果体实质肿瘤(7%)。丘脑基底核区以星形细胞瘤最为多见，约占该区肿瘤的2/3，其次为胶质母细胞瘤，约占21%。脑干以星形细胞瘤和胶质母细胞瘤最为多见，其次为脑膜瘤和血管网状细胞瘤。小脑几乎所有类型肿瘤均可发生，但以髓母细胞瘤(31.8%)、星形细胞瘤(29.5%)和血管网状细胞瘤(10.4%)最常见，三者占小脑肿瘤的2/3以上。约79.4%的桥小脑角区肿瘤是听神经瘤，其次为脑膜瘤(12%)、表皮样囊肿和皮样囊肿(2.6%)。颅内肿瘤的发生部位往往与肿瘤类型有明显关系胶质瘤好发于大脑半球垂体瘤发生于鞍区听神经瘤发生于桥小脑角，血管网织细胞瘤发生于小脑半球较多，小脑蚓部好发髓母细胞瘤等。6···试读结束···...

2022-09-28 诊断学科学出版社 诊断学教材pdf

图书名称：《神经系统疑难病例分析》【作者】李建章，张杰文主编【页数】486【出版社】郑州：河南科学技术出版社,2020.04【ISBN号】978-7-5349-9790-7【价格】120.00【分类】神经系统疾病-疑难病-病案【参考文献】李建章，张杰文主编.神经系统疑难病例分析.郑州：河南科学技术出版社,2020.04.图书封面：图书目录：《神经系统疑难病例分析》内容提要：一书在手，神经系统疾病诊断清……《神经系统疑难病例分析》内容试读第一章中枢神经系统表面铁沉积症中枢神经系统表面铁沉积症(SS-CNS)是由慢性、长期、反复、少量蛛网膜下腔出血，红细胞崩解后的代谢产物含铁血黄素沉积于脑、脊髓、脑神经的软脑/脊膜表面、软脑/脊膜下和室管膜下，导致神经元损伤和神经胶质增生，引起神经系统慢性进行性、非可逆的退行性罕见疾病。感音神经性耳聋、小脑性共济失调、锥体束损伤」脑脊液黄变和MRIT,像和SWI像脑和脊髓表面的低信号是本病特征性表现。其发病率约为0.7%。【病因】多数学者认为：1.经典型的SS-CNS由长期慢性、反复的血液进人脑脊液致。其中约65%的病例出血原因可查明，其中蛛网膜下腔出血(SAH)是主要原因：在68例SS-CNS报道中，60%的患者由蛛网膜下腔出血引起；37%继发于SAH中，75%的病例脑脊液反复出现出血或黄变。2.继发于脑脊液腔隙系统病变，如下述诸多原因引起腔内脑脊液过多积存，其与神经组织长期接触，引起毒性反应而发病。①脑半球切除术后残腔、脑血管畸形、脑梗死后出血、脑动脉炎、血液疾病及烟雾病等。②淀粉样脑血管病是造成局限性SSCNS常见的原因，常伴有明显认知障碍。③脑外伤后：如脑挫裂伤：慢性脑内血肿(报道占患者的27.7%)：海绵状血管瘤，尤其位于蛛网膜下腔旁、脑室旁的海绵状血管瘤易致该病。④肿瘤：以室管膜瘤多见。⑤CSF腔内的病变：如脑脊膜膨出：脊髓手术或外伤所致的假性脑（脊）膜膨出等。3.35%患者原因不明，可能由代谢、血液系统功能异常、遗传性疾病等导致中枢神经系统本身铁代谢异常，对抗血红蛋白、自由铁损伤的保护机制薄弱或缺如：对血红素、铁剂生理性吸收障碍，铁在脑脊液中长期存留。此称为“CNS抵御血液”。国外报道的270例SS-CNS患者的病因：①特发性(35.18%)；②头部及背部创伤(12.96%)③动静脉畸形(9.26%)；④CNS肿瘤(14.81%~20%)；⑤既往CNS肿瘤切除史(5.92%)；⑥CNS术后（非肿瘤）(6.67%)；⑦淀粉样血管病(2.59%)：⑧臂丛神经或神经根损伤(6.3%)：⑨其他原因引起的SAH(6.3%),如系统性硬化症、软脑膜淀粉样物质沉积症等。【发病机制】1.大体解剖可见大量含铁血黄素广泛沉积于软脑膜下的双侧大脑半球表面、双侧·1神经系统疑难病例分析SHENJINGXITONGYINANBINGLIFENXI小脑半球、脑桥基底、各脑神经及脊髓和脊髓神经根的表面，尤其是在小脑半球蚓部上部、双侧听神经、脊髓白质和终丝。(1)脑干和小脑表面最先或最易沉积，部分原因是脑脊液循环过程中该区最先接受脑脊液灌溉；另外小脑存在有丰富的小胶质细胞和Bergma细胞，前者可合成铁蛋白，后者对铁蛋白合成起加速作用，铁蛋白含量高，含铁血黄素更多的沉积，导致小脑（蚓部）皮质萎缩而发病。(2)听神经和终丝易受累，主要是它由中枢髓鞘形成的少突胶质细胞构成，小胶质细胞是合成铁蛋白的主要场所，铁蛋白的合成是神经系统的一种自我保护机制，如果游离铁的产生过多，则可催化过氧化氢为超氧化氢，导致脂质过氧化、细胞膜受损，含铁血黄素较其他脑神经更易在其表面沉积。(3)SS-CNS中锥体束征发生，主要是因为皮质脊髓束在大脑脚处走行接近蛛网膜下腔，且锥体束的髓质和腰段脊髓均位于软脑膜下方，易受到含铁血黄素沉积的毒性作用，故锥体束损害也是常见症状之一。也有解释为上述三联征，脊髓、坐骨神经及部分神经精神症状发生，可能与小脑上蚓部、额叶基底部、颞叶皮质、脑干、脊髓、神经根、第I和第Ⅲ对脑神经等部位脑外间隙较宽大、脑脊液含量较多，局部脑组织与脑脊液之间的物质交换更充分有关，而双侧大、小脑半球这些脑外间隙狭小的部分则含铁血黄素沉积表现不明显。2.SS-CNS的发病是一个慢性病理过程，可能经过以下几个阶段：①由各种原因造成慢性蛛网膜下腔出血灶，红细胞扩散到脑脊液中：②由于长期、反复、少量出血使脑脊液中红细胞总量超过了神经系统吞噬细胞的清除能力，红细胞在脑脊液中发生溶血，释放出游离的血红蛋白；③游离的血红蛋白进入吞噬细胞或神经元后诱导细胞产生大量血红蛋白氧化酶，分解血红蛋白释放出游离的铁离子和胆绿素：④血红蛋白和游离的铁离子长期存在诱导细胞合成大量脱铁蛋白，结合游离铁形成含铁血黄素而沉积在脑组织并影响脑组织细胞，造成肉眼和镜下所见的含铁血黄素沉积现象。3.铁沉积引起神经元不可逆损伤的机制：①神经元铁超载可以诱导细胞产生强烈的氧化应激反应，释放大量氧化自由基，导致细胞损伤：②沉积的含铁血黄素可导致脊髓和听神经髓鞘脱失、轴索变性；③血红蛋白可能通过诱导氧化应激对神经元产生损伤。需注意的是铁沉积的程度或者沉积的范围与临床症状的严重程度有时并不平行，影像上病变严重且范围广泛，但临床症状却比较轻微，反则亦然。总之，SS-CNS的发病首先为出血通过脑脊液扩散：二是红细胞溶解，释放血红素：三是血红素转换成游离铁、铁蛋白、含铁血黄素：四是含铁血黄素暴露于脑脊液中，沉积于脑表面且可深达皮质的第三层，损伤神经组织。特征性病理改变为软脑膜表面铁沉积，颗粒状室管膜炎和梗阻性脑积水。镜下显示含铁血黄素沉积、软脑膜纤维化以及细胞外巨噬细胞聚集，并伴有神经胶质增生，细胞内可见卵形小体及轴索脱·2·第一章中枢神经系统表面铁沉积症髓鞘改变。【临床表现】1.一般症状：①发病年龄14~77岁，多在40岁后才出现临床症状（平均发病年龄为50岁)，男：女为3：1；②疾病发生是一种慢性过程，从发病到出现症状潜伏期可达4~8个月，甚至37年，出现症状的时间早晚主要取决于是连续性出血还是间断性出血以及出血量的多少和个体对血红蛋白、游离铁等脑脊液中有害物质的清除能力：③病死年龄为29~78岁，发病至病死时间为1~38年。2.典型临床表现为进行性加重的感音神经性耳聋、小脑性共济失调和锥体束损伤，其是本病的临床三联征，但很少同时发生于同一个体，且发生顺序无特异性。完全具备此三联征者有约39%。①小脑共济失调、构音障碍（小脑蚓部与第四脑室毗邻，小脑蚓部易受影响)，其发生率为81%~88%。共济失调者：46%影响双侧肢体和步态，36%主要影响步态，少数有眼震。②感音性耳聋、耳鸣，发生率为81%~95%，甚至多数均有，如无此症状，诊断本病应受到质疑（听神经从脑干发出后经过桥脑池较长，易接触脑脊液中的铁，故最早出现听力下降)，当累及前庭神经可出现眩晕，检查可见前庭-眼反射减弱或消失。③锥体束损害表现，病变水平可在脊髓或脑干，症状以双下肢明显，发生率为53%~76%。④部分患者可单独出现或伴随某些非典型症状，如认知障碍（记忆力减退、痴呆）、膀胱功能障碍、头痛、背痛、神经痛、肠道功能异常、味觉丧失、脑神经损害（嗅觉丧失、视神经、动眼神经，因胶质细胞形成的髓鞘较长）、癫痫、失语、锥体外系的帕金森病及躯体感觉障碍等。神经损害部分原因可能为小量SAH,部分为伴脊髓蛛网膜炎1995年Fearley等总结了SS-CNS的典型临床特点，其中，①感觉神经性耳聋占95%(几乎均有且双侧，但早期可不对称且主要是高频损伤，发展时间可持续1~15年，最后可发展为全聋或仅保留少量对低频音的听力)：②小脑性共济失调占88%（主要影响步态，眼震少)：③锥体束征占76%（主要为下肢，重者呈痉挛性瘫，病变主要在脊髓或脑干，腱反射亢进占24%，损及腰骶部者为下运动神经元征)：④痴呆（认知障碍)占24%：⑤膀胱功能障碍占24%；⑥嗅觉丧失占17%：⑦瞳孔不等大占10%：⑧躯体感觉障碍占13%：⑨少见症状包括眼外肌麻痹、颈背痛、双侧坐骨神经痛和下运动神经元损害等。最近研究将SS-CNS分为皮质型与皮质下型，前者含铁血黄素沉积局限于中枢神经系统的幕上结构、不累及幕下结构，临床表现为头痛、认知障碍、癫痫发作、局灶性神经功能缺失。后者含铁血黄素沉积于幕下结构，包括脑干、小脑、脊髓及颅颈交界处，伴或不伴幕上结构受累，主要表现为小脑共济失调、感音神经性耳聋及锥体束征等，也有括约肌功能障碍、吞咽困难、嗅觉丧失等症状，以往报道的病例多为该型。·3神经系统疑难病例分析SHENJINGXITONGYINANBINGLIFENXI【辅助检查】1.脑脊液检查：①脑脊液颜色可为红色、黄变、铁锈色或正常；红细胞计数和蛋白明显增高，红细胞计数可过万，蛋白可升高，多在0.4~2.0g/L,甚至高达5g/L,也可正常；镜下可观察到有含铁血黄素的巨噬细胞和破碎的红细胞，以及出现噬红细胞现象，或噬铁细胞现象。②脑脊液生化检查能提示含铁血黄素、血红素、铁蛋白等含量异常，可用于早期诊断和驱铁治疗疗效的评估，如在正常脑脊液中铁蛋白含量小于12g/mL,铁表面沉积症患者脑脊液中铁蛋白的含量一般在75g/mL左右，甚至在临床前期铁蛋白的指标就已经升高，可进一步支持SS-CNS诊断。③偶尔可以出现寡克隆区带阳性。2.影像学检查：SS-CNS的诊断主要依靠影像学，其中以SWI对早期诊断与病因诊断最敏感。因此，随着影像技术的发展，SS-CNS的检出率明显提高」(1)主要累及部位：额叶底部、颞叶中部皮层、外侧裂部、大脑沟回：脊髓表面：小脑蚓部（蚓部上部著）或小脑半球前上部；脑桥基底部、环池；各脑室表面：脑池内：第I、V、I和第Ⅷ脑神经周围（病理检查存在，而MRI上仅有25%能显示）。(2)影像表现：①头颅CT无异常表现。②MRI在T,W可表现为低信号或略低信号，但因无脑脊液映衬，常不易被发现，少数认为在T,WI上可显示线样高信号，并认为具有重要提示价值。③T,WI加权成像检查较敏感，可见在上述各组织结构沿着与脑脊液相接触的脑膜表面、脑与脊髓蛛网膜下腔以及脑室的室管膜有特征性的线样低信号带，为含铁血黄素沉积信号影，敏感度为27.3%。④SWI比T,WI加权成像显示更敏感、清晰和广泛，敏感度为90.9%：同时能显示慢性出血灶，有助于发现病因。⑤脊髓表面铁质沉积，在轴位像上于脊髓表面形成环状低信号。⑥尽管有脑神经受累，但在影像上较难清楚显示。值得注意的是：(1)淀粉样脑血管病(CAA)无典型的SAH病因，可有脑内微出血，铁沉积局限在大脑凸面的皮质内，缺乏上述典型症状，而以反复发作的感觉运动异常和认知障碍为主，有学者把这种类型的铁沉积称为皮质型表面铁沉积症或局限型表面铁沉积症。(2)在慢性硬膜下血肿患者，含铁血黄素局限的沉积于脑回的顶端而不在脑沟内，主要表现为脑皮质变薄。(3)破裂动脉瘤致SAH患者的铁沉积主要在外侧裂池的占65.5%，其他部位主要沉积在脑沟内，其概率依次为顶叶43.1%、额叶41.3%、题叶39.7%和枕叶20.7%。(4)外伤性SAH引起的脑表面铁沉积多位于大脑表面，无典型三联征，可因损害部位不同出现某些相应症状。单次外伤性SAH致SS-CNS原因不清，可能：①外伤性SAH常伴硬膜下血肿、脑挫伤，致脑水肿及血液引起的化学性脑膜炎，均加重局部脑沟裂受压变窄，使CSF循环、吸收障碍，出血的代谢产物廓清慢。②长时间卧床，血4.第一章中枢神经系统表面铁沉积症液易沉积于外侧裂池等脑沟内。③出血后致大量自由基、内皮素释放，血管痉挛，脑缺血等，影响铁离子吸收，加重铁蛋白蓄积等，均可致局部含铁血黄素沉积。【SS-CNS的诊断】目前无诊断标准，但多数文献提出具有以下标准。①明确病因：CNS出血史、肿瘤手术史等。②具备特征性临床表现（双侧感音性听力下降、小脑性共济失调和锥体束征三联征)。③头颅MRIT,WI或SWI显示脑和脊髓表面线样低信号影者，确诊并不困难。令人不解的是，脑出血、SAH、颅脑手术、颅脑外伤等很常见，但中枢神经系统铁表面沉积症并不多见，原因何在？少有解释。我们考虑可能是：①对该病认识不足警惕性不够，SWI检查非临床应用常规，影像表现细微、不典型，未仔细观察。②虽有明确病因，但病程太长，临床早期可无症状或症状不典型，未做特殊检查。据报道从含铁血黄素开始沉积到出现该病特征性表现之间的中间期，可经历约4个月到30年的时间。有研究在8843名接受MRI检查的人群中，0.15%的患者发现有SS-CNS的MRI表现，其中85%没有症状，何时或是否出现症状难说。③是否与轻链铁蛋白、重链铁蛋白在脑脊液或脑组织中含量比例变化有关，含铁血黄素可能仅在大量轻链铁蛋白存在的情况下才出现，而促进了大脑铁储存。依据上述明确的确诊条件及病因的多见、病程的长期性，我们提出下列诊断标准，可供临床参考施用。1.诊断标准(1)临床标准：①病因明确：脑出血病史或手术史：伴或不伴实验室异常。②有典型感音性听力下降、小脑性共济失调和锥体束征临床“三联征”。③有非典型临床症状。(2)MRI影像标准：①典型部位：铁质沉积于小脑蚓部、脑干周围、I和Ⅷ脑神经周围，同时或其中1~2处。②非典型部位：幕上脑室周围、脑裂池或病变区。2.评定标准确诊：具有临床标准①~③中3条及MRI影像标准①中2处（幕下型）：或具有临床标准①和③及影像标准②（幕上型）。很可能：具有临床标准①及②中2条，MRI影像标准①中1处或以上。可能：具有临床标准①及②中1条，MRI影像标准①或②。可疑：具有临床标准①和②中2~3条，无明确MRI影像标准，并排除可解释的疾病。或有明确影像异常，无明显临床症状」病例1：患者，男，65岁，以“脑出血后行走不稳感10月余，加重6小时”为主诉入院。患者10个月前“左侧脑干出血”，治疗后遗留左侧咀嚼力弱、味觉·5.神经系统疑难病例分析SHENJINGXITONGYINANBINGLIFENXI缺失及行走不稳感，日常活动未受明显影响。半年来行走不稳进行性加重，行走向右偏斜，无肢体无力、麻木、头晕、耳鸣、复视等伴随症状。6小时前患者行走偏斜明显加重，2小时前出现站立不稳，需人搀扶，无明显其他伴随症状住河南大学第一附属医院。病程中患者神志清，饮食可，体质及二便正常。既往史：高血压病史10余年，血压最高190/110mmHg,服药治疗血压控制尚可；2个月前出现头晕、耳鸣、视物不清，疑为“脑梗死”住院输液治疗，出院后规律服阿司匹林肠溶片及降脂药。体格检查：BP130/70mmHg,神清语利，皮质功能正常，左侧额纹稍浅、眼裂较小，瞳孔等大、对光反射灵敏，左眼外展、右眼内收稍差伴水平细小眼震，余脑神经(-)。四肢肌张力正常，肌力左上肢约V-、右V、双下肢V级，双上肢腱反射(++)，左下肢腱反射(++)，右下肢腱反射(+)，左颜面部及左下肢针刺觉较对侧稍敏感，深感觉无异常，左侧病理征可疑阳性，右侧阴性，双侧指鼻试验欠准，双下肢跟-膝-胫试验明显不稳，昂白氏征阳性。图1-1SS-CNS(幕下型)·6···试读结束···...

2022-09-28 神经系统疾病有哪些 神经系统的组成