《计算机硬件结构入门》课件

《计算机硬件结构入门》欢迎学习计算机硬件结构入门！本课程将带您深入了解计算机硬件的内部结构和工作原理，帮助您掌握基本知识，并为进一步学习计算机相关知识奠定基础课程目标目标目标目标目标1234了解计算机硬件的主要组成部掌握CPU、存储器、输入输出理解计算机系统运行过程和指熟悉缓存技术、并行处理技术分和功能设备等重要部件的工作原理令周期等优化方法计算机硬件体系结构概述硬件结构1CPU2中央处理器存储器3主存储器、辅助存储器输入输出设备4键盘、鼠标、显示器等总线5连接各个部件的通道中央处理器CPU核心部件运算单元12负责执行指令、控制计算机系进行算术和逻辑运算统运行控制单元缓存34协调各个部件的工作提高数据访问速度的主要功能CPU功能功能功能功能1234执行程序指令，控制计算机系处理数据，完成各种计算和逻管理内存，分配和管理存储空与外部设备交互，协调数据输统运行辑运算间入和输出的执行过程CPU取指令1从内存中获取指令译码2将指令翻译成CPU可理解的指令执行3根据指令进行数据处理写回4将处理结果写入内存存储器存储器类型1主存储器2直接与CPU交互辅助存储器3用于长期保存数据主存储器类型RAM ROM随机存取存储器，可读写，断电数据丢失只读存储器，只能读取，断电数据不丢失辅助存储器硬盘光盘机械硬盘HDD、固态硬盘SSD CD、DVD、蓝光光盘盘U闪存盘输入输出设备输入设备将信息传递给计算机输出设备将计算机处理的信息传递给用户输入设备分类键盘鼠标输入文字、命令控制光标、选择选项扫描仪麦克风将图像或文档转换为电子形式录制声音输出设备分类显示器打印机显示文字、图像、视频将电子文档打印到纸张上音箱投影仪播放声音将图像投射到屏幕上接口总线总线的类型地址总线数据总线控制总线传输地址信息传输数据信息传输控制信号总线的特点共享性并行性时序性多个设备共享总线同时传输多个数据位数据传输按照特定时间顺序进行计算机运行过程输入数据1通过输入设备将数据输入计算机处理CPU2CPU根据指令对数据进行处理存储结果3将处理结果存储到内存或辅助存储器输出结果4通过输出设备将处理结果输出指令周期12取指译码从内存中读取指令将指令翻译成CPU可执行的指令34执行写回执行指令，处理数据将处理结果写入内存程序执行过程加载程序1将程序代码加载到内存中执行指令2CPU执行程序中的每条指令输出结果3将处理结果输出到显示器或其他输出设备运算单元算术运算逻辑运算加减乘除等运算与或非等运算逻辑单元比较判断逻辑运算比较数据大小根据条件执行不同的操作进行与或非等运算控制单元指令控制时序控制数据流控制控制CPU执行指令协调各个部件工作的时间顺序控制数据在各个部件之间的流动缓存技术概念目的12在CPU和主存储器之间增加一提高数据访问速度，加快程序层高速缓存，用于存放常用的执行数据和指令原理3根据程序访问数据的局部性原理，将最常访问的数据存储在缓存中缓存的工作原理访问数据CPU1CPU需要访问数据时，首先检查缓存缓存命中2如果数据在缓存中，直接从缓存读取数据缓存不命中3如果数据不在缓存中，需要从主存储器读取数据，并将其写入缓存缓存的性能指标命中率平均访问时间CPU访问数据时，命中缓存的比例CPU访问数据的平均时间并行处理技术概念目的类型123利用多个处理器或多个核心同时执行提升计算机系统性能，更快地完成任多核处理器、多处理器系统多个任务，提高处理速度务超标量处理器特点实现能够在同一时钟周期内执行多条指令使用多条指令流水线和多功能运算单元管线技术原理将指令执行过程分解成多个阶段，每个阶段由专门的部件完成12优势提高指令执行效率，提高CPU性能存储器层次结构存储器层次结构1缓存L12速度最快，容量最小缓存L23速度较快，容量较大缓存L34速度较慢，容量最大主存储器5容量最大，速度最慢虚拟存储器概念原理优点利用硬盘空间来扩展主存储器的容量将程序和数据划分成页面，一部分存储在可以运行比内存容量更大的程序，提高系内存中，另一部分存储在硬盘上统效率未来发展趋势处理器存储器多核、多线程、更高的频率、更更高容量、更快速度、更低的成低的功耗本输入输出云计算更快的传输速度、更丰富的功能、基于云平台的硬件资源共享和服更高的安全性务。