卢伟《计算机原理》themicrocomputerprinciple-ch课件

计算机原理计算机原理是计算机科学的基础理论涵盖了计算机系统的硬件结构和软件,实现等关键概念本课程将深入探讨计算机的逻辑设计、存储管理、指令系统等核心原理为学习计算机科学奠定坚实的基础,绪论计算机发展历程计算机基本概念探讨计算机从最初的机械计算介绍计算机的定义、特点、分设备到如今的高度智能化系统类及主要功能为后续学习奠的演变历程了解现代计算机定基础性知识的形成和发展计算机应用领域探讨计算机在各行各业中的广泛应用体现计算机在现代社会中的重要,地位计算机的基本组成计算机的基本组成包括输入设备、中央处理器、存储器和输出设备输入设备用于将数据和指令输入计算机中央处理器负责数据处理和指令执行存,,储器用于临时存储数据和程序输出设备用于显示处理结果这些部件协同,工作构成了计算机的基本功能,数据表示二进制数字浮点数表示字符编码计算机使用二进制数字和来表示数据浮点数使用指数形式来表示小数可以表编码为每个字符分配一个数字代码01,ASCII和指令通过不同的位组合可以表示各示很大或很小的数字这种表示方法在使计算机能够理解和处理文本信息更,种数字和字符科学计算中很常用复杂的编码如可以表示更多字符Unicode运算器运算器是计算机的核心部件负责执行各种算术和逻辑运算,它包括控制单元、算术逻辑单元和寄存器等部件实现数据的,取、运算、传送和保存等功能运算器是计算机进行运算的关键部件决定了计算机的运算能力和速度,存储器存储器是计算机系统中最重要的组成部分之一用于存储程序,指令和数据常见的存储器类型包括随机存取存储器和RAM只读存储器可以在需要时快速读写数据而ROM RAM,ROM则用于存储固定的系统程序和数据除此之外计算机系统还采用各种辅助存储设备如硬盘驱动器,,、固态硬盘、光学存储介质等用于存储大量的程序和数据文,件这些辅助存储设备具有海量的存储容量和较低的访问速度输入输出设备计算机系统的输入输出设备是连接计算机与外部世界的重要部分输入设备将人类的输入信息转换为计算机能识别的数字信号输出设备则将计算机,的处理结果以人类可理解的形式展现常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、数字相机等输出设备则有显示器、打印机、音箱等这些设备的性能和特点直接影响着计算机系统的整体功能和使用体验总线结构总线概念1总线是计算机系统中不同部件之间进行数据传输和信号传递的通道它连接、内存和外设实现彼此之间的通信CPU,总线的分类2总线根据传输的信息类型分为地址总线、数据总线和控制总线它们协调、内存和外设之间的数据交换CPU总线的特点3总线具有共享、标准化、模块化和层次结构等特点支持计,算机系统的灵活性和可扩展性微机系统的基本结构核心组件系统结构硬件架构微机系统的核心包括、内存和输入微机系统按照功能可分为输入设备、处系统硬件由中央处理器、内存、输入输CPU输出设备通过总线将各部件连接在一起理器、存储器和输出设备四大部分通过出设备和总线构成各部件之间通过总线,,,,实现数据和控制信号的传输总线进行信息交换相互连接实现数据传输和控制,的组成和工作原理CPU中央处理单元主要组成CPU12是计算机的核心部件负主要由运算器、控制器CPU,CPU责执行各种运算和控制指令和寄存器三大部分组成形成,,协调各个部件的工作了指令的取、译、执循环运行原理性能指标34按照程序顺序取指令对的主频、指令集架构、CPU,CPU数据进行运算并存储结果实核心数、缓存大小等都会影,现计算机的各种功能响计算机的性能和功能指令系统指令的基本结构指令格式指令集指令系统设计指令由操作码和地址码两部指令格式包括存储器寻址方指令集是计算机能够识别并指令系统设计需平衡指令集分组成操作码指示计算机式、操作数类型、数据长度执行的一系列指令的集合的完整性、执行效率、硬件执行何种运算，地址码指示等不同的指令格式决定指不同的有不同的指令集复杂度等因素以满足不同CPU,运算操作数的存储位置令的执行方式和效率架构应用场景的需求程序设计基础问题分析1明确问题需求,细化流程步骤算法设计2构建解决问题的逻辑步骤语法编写3根据语言特性,编码实现算法测试与调试4验证程序正确性,修正错误程序设计是将问题分解,设计算法,编写代码,测试调试的过程这需要对问题有深入理解,具备逻辑思维能力,掌握编程语言语法,并能验证程序是否符合需求只有贯穿整个过程,才能编写出高质量的程序机器语言和汇编语言机器语言机器语言是计算机直接识别和执行的最基本的语言由0和1组成的二进制指令序列汇编语言汇编语言是离机器语言更近一步的高级语言使用助记符表示机器指令,更易读写机器码和汇编码的转换汇编器可将汇编语言程序翻译成机器语言指令链接器可将多个目标程序链接成可执行程序高级语言程序设计高级编程语言编译和解释12高级语言提供了更加人性化的编程方式抽象出了底层的复杂高级语言需要先经过编译或解释才能转换成机器可执行的代,细节使编程更加简单直观码编译和解释是高级语言实现的两种主要方式,面向对象编程语言选择34面向对象编程是高级语言的重要特性通过类和对象的概念提不同的高级语言适用于不同的领域和场景开发人员需要根据,,升了代码的可复用性和可维护性实际需求选择合适的语言操作系统概述操作系统是计算机系统的核心软件它负责管理计算机硬件资源为用户提供,,各种服务使得计算机系统可以高效地运行了解操作系统的基本功能和工,作原理有助于更好地使用和管理计算机系统文件管理文件系统文件属性文件系统负责管理各种类型的文件属性包括文件名称、大小文件如文档、图像、视频等并、类型、创建日期和修改日期,,提供创建、读取、修改和删除等信息可用于组织和检索文件,文件的功能文件操作目录管理用户可以执行基本的文件操作目录结构提供了一种有效的方,如打开、关闭、复制、移动和式来组织和存储文件使用户能,删除等并对文件进行管理和维够轻松地浏览和访问所需的文,护件进程管理进程定义进程创建与终止进程状态切换进程通信进程是操作系统中执行程序进程可以创建新的子进程进程可以处于就绪、运行、进程间可以通过共享内存、,的基本单位包括程序代码也可以被动地被其他进程终阻塞等不同状态操作系统消息传递等方式实现通信和,,、数据、资源每个进程都止操作系统负责管理进程根据调度算法在这些状态间协作操作系统提供机IPC有独立的地址空间和系统资的生命周期进行切换制支持这些功能源内存管理内存分配合理分配内存以满足程序运行需求确保各进程有足够的可用内存,内存保护隔离各进程内存防止互相访问和篡改确保系统稳定可靠,,内存管理动态管理内存合理调度内存资源提高内存利用率和系统性能,,设备管理硬件设备配置驱动程序管理12设备管理负责管理计算机系设备管理会维护和更新硬件统中各种硬件设备的配置和设备的驱动程序确保设备能,使用确保系统运行稳定高效正常工作,设备错误处理设备优先级管理34设备管理模块会监控硬件设设备管理模块会合理分配系备的运行状态并及时处理各统资源保证重要设备优先获,,种设备错误和故障取所需资源作业管理作业划分作业调度作业控制作业监控操作系统根据任务的特点和操作系统会根据某些算法对操作系统会记录作业的状态操作系统会实时监控作业执优先级将其划分为不同类型作业进行调度确保各类作并提供必要的管理功能如行情况并提供相关报告帮,,,,,的作业如批处理作业、交业都能得到合理的资源分配终止、暂停、恢复作业等助管理员掌握系统运行状况,互式作业、实时作业等和处理网络基础网络技术是当今信息化社会不可或缺的基础了解网络的基本概念、结构和原理对计算机应用至关重要网络体系结构分层设计七层模型OSI网络体系结构采用分层设计每七层模型包括应用层、表,OSI一层负责特定的功能层与层之示层、会话层、传输层、网络,间通过标准接口进行交互这层、数据链路层和物理层每种分层设计提高了网络的灵活一层都有明确的功能和接口标性和可扩展性准四层模型层间协议TCP/IP四层模型包括应用层、不同层之间通过标准协议进行TCP/IP传输层、网络层和链路层它数据和控制信息的传递确保了,被广泛应用于与模网络体系结构的完整性和互操Internet,OSI型有不同的设计思路作性网络协议网络协议层级网络协议由多个层次组成从物理层到应用层逐步实现网络通信功能,,TCP/IP协议族是最广泛使用的协议集包括、、等规定了网络通信的标准TCP/IP,IP TCPUDP,国际标准化、等组织制定了众多网络标准确保互联网各组件的协调工作ISO ITU,网络服务服务云计算服务智能对话服务Web网络服务是指通过互联网提供的各种应云计算服务将数据和软件存储在远程服基于自然语言处理和人工智能的聊天机用服务如服务、邮件服务、文件务器上用户可以通过网络随时访问这些器人服务能为用户提供即时、个性化的,Web,,共享等让用户可以远程访问和使用这些资源提高工作效率和降低成本交互体验,,服务网络安全防火墙加密技术防火墙是网络安全的第一道防线可加密确保数据在网络传输中的机密,以阻挡非法访问和恶意攻击性防止被窃取和篡改,身份认证反病毒软件通过用户名密码、生物特征等手段及时发现和删除计算机病毒保护系,确认用户身份避免非法登录统和数据安全,多媒体技术多媒体技术融合了图形、图像、声音、视频等多种媒体形式能够为用户提,供交互式的计算机应用体验它在娱乐、教育、商业等领域广泛应用推动,了信息技术的发展虚拟现实技术虚拟现实技术是一种通过计算机生成模拟环境让用户沉浸其中并与之互动,的技术它利用头戴式显示器、手柄等设备创造出逼真的三维虚拟世界使,,用户获得身临其境的体验这种技术不断发展已广泛应用于娱乐、医疗、,教育等领域随着硬件性能的提升和算法的优化虚拟现实技术正变得更加成熟和可靠,未来它将继续推动各行业的创新与变革为人类生活带来更多便利和乐趣,人工智能概述智能系统广泛应用人工智能是通过程序和算法人工智能广泛应用于语音识赋予计算机机器学习、分析别、图像识别、自然语言处和决策的能力使其能够模拟理、机器人控制等领域为我,,人类智能行为们的生活带来了便利技术发展未来趋势近年来机器学习、深度学习人工智能在未来将继续发展,,等技术的发展使得人工智能并逐步融入到更多的工业和,系统的性能大大提升应用场生活应用中改变我们的工作,,景也不断拓宽和生活方式计算机发展前景软件发展软件将更智能、更人性化，满足个性化需求人工智能和机器学习将广泛应用于软件开发中硬件发展处理器性能将继续提升，存储容量和网络带宽将不断扩大新型硬件如量子计算机、神经网络芯片等将出现应用领域计算机将广泛应用于工业、医疗、教育、娱乐等各个领域,并与物联网、大数据、云计算等技术深度融合发展趋势计算机将更加智能化、网络化、移动化,实现人机深度协作计算机技术将推动社会各领域的变革和创新结语计算机技术的发展一日千里正如我们所见它已经广泛渗透到人类生活的方,,方面面未来计算机技术必将继续推动社会进步改变我们的生活方式让,,我们一起见证和参与计算机领域的持续创新为人类社会谋求更美好的明天,。