计算机组成原理白中英主编课件ch

计算机组成原理本课程将深入探讨计算机系统的基本组成和工作原理，帮助你理解计算机是如何运行的从最底层的硬件到软件之间的交互，我们将逐步揭示计算机世界的奥秘计算机系统概述硬件系统软件系统12计算机系统的物理实体包括计算机系统的逻辑部分包括,,中央处理器存储器输入输出系统软件和应用软件用于控,,,设备等制硬件系统的运行..数据处理过程3计算机系统接受数据处理数据输出结果并进行控制管理,,,.计算机系统的硬件组成中央处理器主存储器CPU RAM负责执行程序指令，是计算机的用于存储正在运行的程序和数据核心部件，速度快，但容量有限输入输出设备辅助存储器外存/I/O负责与外部世界进行信息交换，用于长期保存数据和程序，速度包括键盘、鼠标、显示器等慢，但容量大，例如硬盘、盘U计算机系统的软件组成系统软件应用软件管理和控制计算机硬件，为应用软件提供运行环境执行特定任务，满足用户需求操作系统办公软件••数据库管理系统游戏软件••编译器图形设计软件••网络协议网络浏览器••数据表示和运算数据表示计算机使用二进制数表示数据，包括整数、浮点数、字符等算术运算计算机执行加减乘除等基本运算，并提供多种算术逻辑运算逻辑运算计算机支持与、或、非等逻辑运算，用于判断条件、控制程序流程等进制转换及其运算十进制转换为二进制1将十进制数除以，取余数，直到商为，然后将余数逆序排列20二进制转换为十进制2将二进制数的每一位乘以相应的权值，然后将所有结果相加十进制转换为十六进制3将十进制数除以，取余数，直到商为，然后将余数逆序排列，并160用表示A-F10-15十六进制转换为十进制4将十六进制数的每一位乘以相应的权值，然后将所有结果相加计算机中的编码编码编码二进制编码ASCII Unicode（是一种字符编码标准，旨在统一计算机使用二进制编码来表示数据和指令ASCII AmericanStandard Codefor Unicode）是美国信息世界上所有语言的字符编码它包含了来自二进制编码只使用和两种数字，方便Information Interchange01交换标准代码它是最常用的字符编码标准世界各地不同语言的字符，包括中文、日文计算机进行逻辑运算和存储，用于表示英文和其他西欧语言的字符、韩文等运算器的工作原理算术逻辑运算单元ALU1执行算术和逻辑运算数据寄存器2暂存操作数和运算结果状态寄存器3保存运算结果的标志位控制单元4控制运算器各部分的工作流程存储器的工作原理存储单元1基本存储单位，存放一个二进制位存储字2多个存储单元组成，存放一个数据存储器3多个存储字组成，存放程序和数据存储器的层次结构缓存（）是最快、最昂贵的存储器，用于存放经常访问的数据Cache主存储器（）是较快的存储器，用于存放正在执行的程序和数Main Memory据辅助存储器（）是最慢、最便宜的存储器，用于长期保存Secondary Storage数据和程序存储技术和存储器种类闪存硬盘驱动器随机存取存储器RAM闪存是一种非易失性存储器，使用电荷存储硬盘驱动器是一种机械存储器，使用旋转磁是一种易失性存储器，用于存储计算RAM数据它比传统硬盘驱动器更快、更耐用，盘存储数据它价格低廉，但速度较慢，容机当前正在使用的程序和数据它速度快，但成本更高易受到震动和温度的影响但数据在断电后会丢失输入输出系统概述/键盘、鼠标、扫描仪等输入设备将外部信息转换为计算机可识别的信号显示器、打印机、扬声器等输出设备将计算机处理结果转换为人类可感知的形式网络接口允许计算机与其他设备进行数据交换，扩展系统功能输入输出接口/定义功能分类输入输出接口是连接计算机系统与外部接口通过信号转换和协议匹配，实现计算接口主要分为并行接口和串行接口，以及/设备的桥梁，负责数据传输和控制信号的机系统与外部设备之间的数据交换和控制通用接口和专用接口传递命令的传递输入设备键盘鼠标键盘是输入文本、数字和特殊字鼠标用于控制光标，选择对象和符的主要设备执行命令扫描仪麦克风扫描仪用于将纸质文档或照片转麦克风用于将声音转换为数字信换为数字图像号输出设备显示器打印机显示器是将计算机内部的数字信号转换成可见图像的设备，是用户打印机将计算机中的数据以纸质形式输出，用于保存信息或制作文与计算机交互的主要媒介档副本音响设备投影仪音响设备将计算机中产生的声音信号转换成可听的声音，用于播放投影仪将计算机中的图像或视频放大投影到屏幕上，方便多人观看音乐、视频等存储器层次结构速度和成本容量和访问时间高速缓存存储器（）速度快，但成本高；主存储器（高速缓存存储器容量小，访问时间短；主存储器容量较大，访问Cache Main）速度较慢，但成本低；辅助存储器（时间较长；辅助存储器容量最大，访问时间最长Memory Secondary）速度更慢，但成本最低Memory虚拟存储器物理内存虚拟内存页表计算机系统中实际存在的内存空间，可以被由操作系统管理的逻辑内存空间，可以大于映射虚拟地址到物理地址的表格，实现虚拟直接访问物理内存内存管理流水线技术提高效率1流水线可以将指令的执行时间缩短并行处理2流水线可以同时处理多条指令提高性能3流水线可以提高系统的吞吐量指令系统指令集指令集是一组指令，用于控制执行特定操作CPU指令格式指令格式定义了指令的组成，包括操作码、操作数和地址信息指令周期指令周期是指执行一条指令所需的时间，包括取指令、译码、执行和写回等步骤CPU指令的执行过程取指从主存中取出指令译码将指令转换为可执行的指令格式CPU执行根据译码后的指令执行操作写回将执行结果写入主存或寄存器中央处理器的结构和功能算术逻辑单元控制单元寄存器组ALU CU123执行算术和逻辑运算，例如加减乘除负责控制整个的工作流程，包用于存放数据和指令，是内部CPU CPU、比较大小等括指令的获取、译码、执行等高速缓存器主存储器和外存主存储器外存主存储器是计算机系统外存用RAM SecondaryStorage中用于存储正在执行的程序和数于长期存储数据，比如硬盘驱动据的临时存储区域器、固态硬盘、光盘等区别主存储器速度快、容量小、价格贵；外存速度慢、容量大、价格便宜总线系统数据总线地址总线控制总线传输数据，包括指令、数据和地址用来指定数据在存储器中的地址用来控制数据传输的方向、时序和操作类型输入输出系统/数据交换设备控制中断处理负责将数据从计算机内部传送到外部设备管理外部设备的操作，包括启动、停止、当外部设备需要计算机处理时，会向计算，或从外部设备传送到计算机内部数据传输等机发送中断信号，并由输入输出系统进/行处理中断机制中断是一种硬件机制，用于通知发生了某个事件CPU中断可以暂停当前正在执行的程序，并转而执行相应的处理程序中断处理完毕后，会返回到中断前的程序继续执行CPU系统软件操作系统程序设计语言管理计算机硬件和软件资源，为提供一种与机器无关的语言，便用户提供一个友好的使用环境于程序员编写程序数据库管理系统网络软件管理数据的存储、查询和修改，实现计算机之间的通信，方便信方便数据的组织和使用息的共享和传输应用软件办公软件多媒体软件Microsoft Office,Office,Adobe Photoshop,PremiereGoogle Docs,etc.Pro,Final CutPro,etc.网络应用软件游戏软件浏览器微信淘宝,QQ,,,etc.League ofLegends,Dota2,World ofWarcraft,etc.计算机体系结构定义计算机系统中各个组成部分的结构和功为软件开发提供抽象模型，便于理解和设计影响计算机系统性能的重要因素，直接影响能，以及它们之间相互联系和相互作用的方应用程序计算速度、存储效率和系统可靠性式计算机性能评价指标指标12计算机性能评价是评估计算机系统性能的重要环节常用指标包括指令执行速度、数据吞吐量、内存访问速度等未来发展趋势量子计算1量子计算有望解决传统计算机无法解决的问题，并在多个领域带来突破人工智能2人工智能将继续发展，应用于更多领域，例如自动驾驶和医疗诊断云计算3云计算将继续扩展，提供更多服务，例如数据存储、分析和应用程序开发。