《计算机原理重点》课件

计算机原理重点深入了解计算机的工作原理，掌握核心概念，为后续学习打下坚实基础课标程目计习执过计结构理解算机基本原理学程序行程掌握算机体系掌握计算机系统的工作原理，包括硬件组成、了解程序从编写到执行的过程，包括汇编、学习计算机体系结构的基本概念，包括指令数据表示、指令系统、存储系统、CPU结构编译、链接、加载、执行等步骤，以及指令集架构、存储体系结构、输入输出体系结构和工作原理等的执行过程等，以及不同体系结构的特点计组算机的基本成计算机由硬件和软件两部分组成，硬件是计算机的物理实体，软件是计算机的逻辑部分计算机硬件主要包括以下几个部分运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备数据的表示进进进转换二制表示十制表示制计算机使用二进制系统，用0和1来表示数人类习惯使用十进制系统，但计算机不能我们需要将十进制数转换为二进制数，才据直接理解能被计算机识别统指令系类1指令格式2指令型指令格式定义了指令的组成部不同的指令类型对应不同的操分，例如操作码、操作数等作，例如数据传输指令、算术运算指令、逻辑运算指令等寻3址方式寻址方式规定了指令如何获取操作数，例如立即寻址、直接寻址、寄存器寻址等储统存系辅储缓内存助存器高速存主存储器，直接与CPU交换数据，速度最快，外部存储器，容量大，速度慢，用来存放不介于CPU和内存之间，速度快，容量小，用容量最小经常使用的数据来存放经常使用的数据储类存器分储辅储主存器助存器直接与CPU交互，速度快，容量容量大，速度慢，价格低，用于长较小，价格较高期存储数据缓高速存介于主存储器和CPU之间，速度极快，容量很小，价格昂贵储存器的工作原理地址每个存储单元都有唯一的地址，用于标识其位置数据存储单元存储数据，例如数字、字符、指令等读写操作CPU通过地址访问存储单元，进行读写操作组CPU成中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行指令、控制数据流、处理信息CPU的主要组成部分包括•运算器执行算术运算和逻辑运算•控制器控制整个计算机系统的运行，协调各个部件的工作•寄存器用于存储数据和指令，速度快，容量小•高速缓存用于存储经常访问的数据和指令，速度更快，容量更小处中央理器运核心算器控制和执行指令，是计算机的“大脑”进行算术和逻辑运算，处理数据控制器控制整个计算机系统的操作，协调各部件工作处中央理器的工作原理指令周期1完成一条指令的整个过程取指2从内存中读取指令译码3分析指令，确定操作类型执行4根据指令进行运算或数据传输结果写入5将运算结果保存到寄存器或内存执过程序行程取指1CPU从内存中取出指令译码2CPU将指令翻译成机器可以理解的指令执行3CPU执行指令，对数据进行操作写回4CPU将结果写回内存线术流水技减时间1提高效率2少等待3提升性能通过将指令执行过程分解为多个阶段，流水线技术可以减少指令执行过程中流水线技术可以有效地提高CPU的吞并同时处理多个指令的不同阶段，可的空闲时间，从而提高整体执行速度吐量，使CPU能够在更短的时间内完以显著提高CPU的执行效率成更多的任务计结构算机体系计算机体系结构是指计算机系统的组织结构和工作原理，它是计算机硬件和软件之间的桥梁它定义了计算机系统的功能、性能和实现方式，并决定了计算机系统的工作效率和成本计算机体系结构主要包括以下几个方面•指令集指令集是计算机能够执行的指令的集合，它定义了计算机的功能和操作•数据类型数据类型是指计算机能够处理的数据的种类，它影响了计算机的运算能力和存储效率•存储器组织存储器组织是指计算机存储器的结构和组织方式，它影响了计算机的存储容量和访问速度•总线结构总线结构是指计算机内部连接各个部件的总线的结构和类型，它影响了计算机的数据传输速度和系统效率•输入输出系统输入输出系统是指计算机与外部设备进行数据交换的系统，它影响了计算机的外部连接和数据传输效率统操作系概述资户运环源管理用接口程序行境操作系统是计算机系统中最重要的软件操作系统为用户提供了一个友好的界面，操作系统为应用程序提供了一个运行环之一，它负责管理计算机系统中的各种方便用户与计算机系统进行交互境，负责为应用程序分配资源、管理进资源，例如处理器、内存、外设等程、处理中断等任务进程管理么进进务进态什是程程管理的任程状进程是一个正在执行的程序的实例，它拥进程管理是操作系统的核心功能，负责创进程通常处于以下状态运行、就绪、阻有自己的内存空间、资源和状态建、调度、同步和终止进程，以确保系统塞、终止高效运行内存管理拟物理内存虚内存内存分配计算机系统中的实际内存，由RAM芯片组一种技术，将硬盘空间用作额外的内存，以操作系统管理内存的分配和释放，确保高效成扩展物理内存利用资源文件管理统录结构文件系文件操作目文件系统是操作系统管理文件和目录的一操作系统提供了一系列文件操作，例如创文件系统使用树状结构组织文件，每个目种方式它提供了一种结构化的方式来存建、打开、读取、写入、关闭、删除、重录可以包含子目录和文件这使得查找和储、组织和访问文件命名和复制文件访问文件更加容易输输入出管理键盘，鼠标，扫描仪等显示器，打印机，绘图仪等网络接口卡，调制解调器等中断机制义类定型作用中断是指计算机系统中，由于某个事件中断类型包括硬件中断、软件中断、中断机制提高了计算机系统的效率和实发生而使CPU暂时停止执行当前程序，外部中断和内部中断时性，使计算机能够及时响应各种事件，转而执行处理该事件的程序的过程并进行相应的处理缓术存技访问级缓缓提高速度多存存行缓存用于存储频繁访问的数据，减少对主存现代计算机通常使用多级缓存，例如L

1、L

2、缓存以块的形式存储数据，称为缓存行缓的访问次数，从而提高系统性能L3，每个级别具有不同的容量和速度存行的大小通常是数据总线宽度或其倍数拟虚内存扩间1大内存空2提高效率虚拟内存允许程序使用超过物允许多个程序同时运行，并有理内存容量的空间效利用内存资源简3化内存管理通过虚拟地址空间，程序员无需关心物理内存的分配和管理储设备外存盘盘硬光主要用于存储操作系统、应用程序用于存储音频、视频和软件等数据和用户数据闪盘带存磁小型、便携式存储设备，用于存储用于数据备份和存档各种数据储外存接口连接计算机和外设的桥梁数据传输的通道控制外设的命令和状态信息计络算机网概述计算机网络是相互连接的计算机系统，通过通信线路和网络设备实现数据共享和资源互连络类络网型网功能局域网LAN、广域网WAN、城域数据传输、资源共享、协同工作、信网MAN息发布、电子商务络协议网协议协议TCP/IP模型HTTP DNSTCP/IP模型定义了网络通信的层次结构，HTTP协议用于网页传输，定义了客户端和DNS协议将域名解析为IP地址，使网络用包括应用层、传输层、网络层和数据链路层服务器之间数据交换的格式户更容易访问网站络设备网硬件络网接口卡NIC路由器NIC允许计算机连接到网络路由器将数据包从一个网络发送到另一个网络换调调交机制解器交换机在局域网中连接设备，并转发数据包调制解调器将数字信号转换为模拟信号，反之亦然络网安全护统户隐数据保系完整性用私保护敏感信息免遭未经授权的访问、使用、确保系统正常运行，不受恶意软件或攻击保护用户个人信息，防止泄露或被滥用披露、破坏、修改或丢失的干扰统稳系定性维护可靠性可用性可性系统能够持续可靠地运行，即使在出现故系统对用户始终保持可用状态，即使出现系统易于维护和修复，能够快速识别和解障或异常情况下也能保持正常工作故障或维护，用户也不应受到影响决问题，并方便进行升级和更新诊硬件故障断监控系统运行状态，及时发现异常识别故障原因，进行排查和修复使用诊断工具进行测试和分析课难本程重点与点计统组统算机系的基本成数据表示和指令系了解计算机的硬件和软件组成，以掌握二进制、十进制和十六进制之及它们之间的相互关系间的转换，以及各种数据类型的表示方法储统统存系和CPU操作系原理深入了解存储器的层次结构、工作掌握操作系统的基本概念，包括进原理以及CPU的组成和功能程管理、内存管理、文件管理和输入输出管理等。