卢伟《计算机原理》themicrocomputerprinciple-ch课件

计算机原理《计算机原理》是一门基本课程，探讨计算机的工作机制和基础架构课程内容涵盖硬件和软件的相互作用，数据存储和处理的核心理念计算机历史发展计算机的发展经历了几个重要阶段每个阶段都有其独特的技术进步和影响以下是计算机历史的重要步骤第一代计算机1使用真空管，巨型且耗电大第二代计算机2采用晶体管，体积缩小，效率提高第三代计算机3集成电路技术，进一步缩小尺寸第四代计算机4微处理器的出现，个人计算机普及计算机基本组成中央处理器内存存储设备输入输出设备CPU RAM是计算机的核心，负责内存用于临时存储程序和数包括硬盘和，用于持久如键盘、鼠标和显示器，用于CPU SSD执行指令和处理数据据，以快速访问保存数据和文件人与计算机的交互计算机硬件系统主机组件外围设备显示设备存储系统计算机主机内部包含、内常见的外围设备包括键盘、鼠显示器是计算机的主要输出设硬盘驱动器是存储数据和程序CPU存和其他重要组件标和打印机备，提供用户界面的关键部分硬件结构CPU指令系统CPU指令的定义指令集分类12指令是执行操作的基本指令集可以分为汇编码指令和CPU单位，包含操作码和操作数机器指令每种类型都有其特点寻址方式指令执行周期34不同的寻址方式影響指令的执指令执行包括取指、译码、执行效率与灵活性，包括立即寻行等步骤，确保指令顺利完址和间接寻址成内存存储系统内存的重要性内存是计算机系统的核心组成部分它负责快速存取数据和指令类型•随机存取存储器（）RAM•只读存储器（）ROM存储系统层次结构高速缓存1用于快速存取数据，提升计算速度主存储器2存储执行中的程序和数据辅助存储器3长期存储大量数据，能在计算机关机后保存外部存储器4如硬盘和，负责数据的持久化存储SSD外部设备接口打印机接口键盘连接鼠标接口接口USB打印机通过或网络连接，键盘是用户输入的重要设备，鼠标用于导航，通常通过接口广泛用于连接各种外USB USBUSB提供输出服务支持多种接口类型接口连接部设备，方便用户使用总线系统类型功能速度应用数据总线传输数据高速度内存与之CPU间地址总线传输地址信息较高速度确定存储位置控制总线传输控制信号较低速度协调各部件工作工作原理输入处理1计算机接收外部数据，通过输入设备转化为可处理的格式指令执行2根据指令集对输入数据进行计算和操作，得出结果CPU输出结果3处理后的数据通过输出设备呈现给用户，完成信息流动数制及运算数制的基本概念运算类型数制是表示数字的系统，包括二进制、十进制等常见运算包括加法、减法、乘法和除法，基础而重要数制转换实际应用不同数制之间的转换是计算机基础知识的一部分数制和运算在编程、数据处理等领域广泛应用数据表示二进制表示字符编码计算机内部使用二进制系统，和字符如字母和符号通过编码（如0用来表示所有数据）转化为二进制数据1ASCII数字与图像图像和音频数据使用特定编码格式，如和，进行表示JPEG MP3运算方式算术运算逻辑运算12包括加、减、乘、除等基本运算，是大多数计算的基础运用布尔代数进行真值计算，广泛应用于条件判断位运算复合运算34直接对二进制位进行操作，提升计算效率，适用于低层次编将多种运算结合在一起，常见于函数和算法的实现程存储器操作数据读取从内存中提取所需数据进行处理，确保准确性和速度数据写入将处理结果存储回内存，以便后续访问和使用地址计算通过地址生成机制确定数据存储位置，保证快速定位缓存管理使用缓存提高存取速度，减少延迟，优化性能地址空间32B4G地址容量最大内存现代计算机多支持位或位地址位系统最大可寻址内存3264324GB空间64B1TB地址位数扩展空间位系统提供更大的寻址能力随着技术进步，地址空间可达到数64TB指令系统概述指令系统的重要性指令的分类指令执行过程影响因素指令系统是计算机与程序之间指令可分为算术、逻辑和控制指令的执行包括取指、译码和指令系统的设计会影响计算机的桥梁它决定了计算机的操指令这些指令实现了基本操执行三个阶段每个阶段都有性能和效率优化指令系统是作能力作特定任务关键指令格式基本结构指令分解执行流程指令格式通常由操作码和操作数组成，明确指令格式可分为不同字段，方便解析和执准确的指令格式确保正确执行每条指CPU指令操作行令指令执行过程指令执行过程是计算机处理指令的关键步骤以下是主要步骤的分层结构每个步骤都构建在之前的基础上，确保指令的顺利执行下面的步骤详述了指令执行的过程取指令1从指令存储器中读取指令译码2将读取的指令翻译成机器能够理解的信号执行3根据译码后的信号执行具体操作存储结果4将执行结果写回存储器或寄存器程序设计基础编程语言选择算法设计调试技能团队协作选择适合项目需求的编程语言高效的算法能提升程序性能，掌握调试技巧，找出代码中的协作开发可以增加知识共享，非常重要助力快速开发错误是必不可少的提升代码质量程序结构模块化设计控制流变量使用函数与过程将程序分成多个模块，提高可明确程序的控制逻辑，确保执合理定义变量，便于数据存储使用函数封装逻辑，提高代码维护性和可重用性行顺序正确和传递可读性和复用性变量与常量变量的定义常量的特性区别与使用实际应用场景变量是可以改变的数值，便于常量是不可改变的值，确保数变量用于动态数据，常量用于在程序中合理使用变量和常量存储和操作数据据的一致性和安全性固定数据选择合适者提高程可以提升开发效率序性能表达式定义类型12表达式是由操作数和运算符组表达式可以是算术、逻辑或关成的代码片段，用于计算值系类型，处理不同类型的数据运算顺序应用实例34运算符的优先级决定了表达式表达式在数学计算和条件判断的计算顺序，影响结果中广泛应用，增强程序功能控制结构顺序结构选择结构代码按从上到下的顺序依次执行简单明了，适合基本操作根据条件判断选择不同的执行路径，实现灵活控制循环结构嵌套结构重复执行某段代码，直到满足特定条件提高代码效率在一个控制结构内部嵌套另一个，允许更复杂的逻辑处理函数与过程函数定义过程特点函数是可以重复使用的代码块，接受输入并返回一个输出过程执行特定任务，不一定返回值，常用于执行一组操作存储空间分配内存需求分析首先，确定程序所需的内存量，以便合理分配资源分配算法选择选择适当的内存分配算法，比如首次适应或最佳适应空间碎片处理管理内存碎片，这样可以提高内存利用率，保持性能动态调整根据程序运行时的变化，动态调整内存分配输入输出机制输入设备输出设备数据存储数据传输机制输入设备是计算机获取用户数输出设备将计算结果展示给用存储系统用于保存输入和输出高效的数据传输机制确保输入据的工具，如键盘和鼠标户，包括显示器和打印机数据，例如硬盘和输出之间的快速响应SSD中断系统中断的定义硬件中断软件中断中断向量表中断是一种机制，它允许外部硬件中断由外部设备生成，用软件中断通常由程序通过系统中断向量表存储中断处理程序事件打断当前正在执行的程于通知需要处理的事件调用生成，用于请求服务的地址，以便快速响应中断CPU序外围设备接口接口类型数据传输外围设备通过不同的接口与计算数据可以通过并行或串行方式传机通信，如、串口和并口输，影响速度和效率USB设备驱动标准化接口设备驱动程序允许操作系统识别标准化接口促进了不同设备之间和管理不同的外围设备的兼容性和互操作性系统软件操作系统功能系统软件的种类12操作系统管理硬件资源，提供包括操作系统、设备驱动程序用户与计算机的交互界面和系统管理软件软件和硬件的桥梁维护和管理34系统软件在硬件和应用软件之系统软件帮助监控和维护系统间提供了必要的接口性能与安全性综合应用实际应用场景1计算机原理在各行业的应用，提高了工作效率和生产力技术整合2不同计算机系统和软件的整合促进了信息共享与通信未来发展趋势3未来的综合应用将更加智能化和自动化，推动产业升级。