廣工計(jì)算機(jī)組成原理課件

廣工計(jì)算機(jī)組成原理課件2023REPORTING計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)CPU的硬件組織指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的硬件安全和保護(hù)技術(shù)目錄CATALOGUE2023PART01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述2023REPORTING

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其中硬件包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入輸出設(shè)備等，軟件則包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件相互依存，硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件則是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件協(xié)同工作，使得計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的功能。控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心，用于控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的核心部件，用于執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入輸出設(shè)備。存儲(chǔ)器分為內(nèi)存和外存，內(nèi)存包括RAM和ROM，外存包括硬盤(pán)、U盤(pán)和光盤(pán)等。輸入輸出設(shè)備用于輸入和輸出數(shù)據(jù)，例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和顯示器等。計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)0103020405網(wǎng)絡(luò)層是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最高層，它負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和管理網(wǎng)絡(luò)資源。應(yīng)用程序?qū)影ǜ鞣N應(yīng)用程序，如辦公軟件、圖像處理軟件和游戲等。操作系統(tǒng)層是連接硬件層和應(yīng)用程序?qū)拥闹虚g層，它提供了許多系統(tǒng)調(diào)用，使得應(yīng)用程序能夠使用硬件資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)包括硬件層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序?qū)雍途W(wǎng)絡(luò)層。硬件層是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最底層，包括各種硬件設(shè)備，如CPU、內(nèi)存和硬盤(pán)等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)PART02計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)2023REPORTING存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器定義根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，存儲(chǔ)器可以分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器等。存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)包括存儲(chǔ)容量、存取速度、可靠性等。存儲(chǔ)器性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的基本概念隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器是一種可以隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和靜態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器是一種只能讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，包括掩膜只讀存儲(chǔ)器和電可擦除只讀存儲(chǔ)器等。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的定義和分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)器，分為隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器兩大類。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器的定義和原理磁表面存儲(chǔ)器是一種利用磁性材料進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器，包括硬磁盤(pán)和軟磁盤(pán)等。磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)缺點(diǎn)磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)包括存儲(chǔ)密度高、可反復(fù)讀寫(xiě)等，但缺點(diǎn)是存取速度較慢。磁表面存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)器是一種利用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器，包括光盤(pán)、光磁盤(pán)等。光存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)包括存儲(chǔ)密度高、可反復(fù)讀寫(xiě)等，但缺點(diǎn)是存取速度較慢。光存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)器的優(yōu)缺點(diǎn)光存儲(chǔ)器的定義和分類PART03CPU的硬件組織2023REPORTING主要負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器控制器寄存器時(shí)序產(chǎn)生器和控制單元主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作。用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令。用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)和控制指令的執(zhí)行。CPU的基本結(jié)構(gòu)指令的執(zhí)行過(guò)程解碼訪存對(duì)指令進(jìn)行解碼，確定指令的操作碼和操作數(shù)。訪問(wèn)內(nèi)存以獲取或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。取指執(zhí)行回寫(xiě)從內(nèi)存中讀取指令并放入指令寄存器中。根據(jù)操作碼和操作數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的操作。將結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存或寄存器中。時(shí)序產(chǎn)生器和控制單元時(shí)序產(chǎn)生器用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)，控制指令的執(zhí)行順序。控制單元根據(jù)指令的操作碼和操作數(shù)，控制指令的執(zhí)行過(guò)程。PART04指令系統(tǒng)2023REPORTING指令格式指令系統(tǒng)中的指令格式指的是一條指令的組成部分及其排列順序。通常包括操作碼和操作數(shù)兩個(gè)部分。指令類型根據(jù)指令的功能和用途，可以將指令分為多種類型，如單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令、無(wú)操作數(shù)指令等。指令格式和指令類型指令中直接包含操作數(shù)，無(wú)需尋找，操作數(shù)即為地址。立即尋址指令中包含操作數(shù)的地址，需要使用該地址來(lái)尋找操作數(shù)。直接尋址指令中包含操作數(shù)的地址指針，需要先讀取指針，再根據(jù)指針找到操作數(shù)。間接尋址指令中指定某個(gè)寄存器，操作數(shù)存儲(chǔ)在該寄存器中。寄存器尋址指令的尋址方式基礎(chǔ)指令用于控制程序執(zhí)行的順序和流程，如跳轉(zhuǎn)、分支等?？刂浦噶钶斎胼敵鲋噶钕到y(tǒng)調(diào)用指令01020403用于調(diào)用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，如創(chuàng)建進(jìn)程、進(jìn)程調(diào)度等。計(jì)算機(jī)最基礎(chǔ)的指令，如加法、減法、乘法等。用于與外部設(shè)備進(jìn)行交互，如讀寫(xiě)文件、輸入輸出數(shù)據(jù)等。指令集結(jié)構(gòu)PART05計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)2023REPORTING輸入/輸出系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)與外部世界進(jìn)行交互的子系統(tǒng)。I/O系統(tǒng)的定義I/O系統(tǒng)的功能I/O系統(tǒng)的組成從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，然后傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存中；將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中傳送到外部設(shè)備。輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、I/O控制器和數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。030201I/O系統(tǒng)概述以比特流的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，常見(jiàn)的串行接口包括RS-232和USB。串行接口以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，常見(jiàn)的并行接口包括IDE和SATA。并行接口用于連接計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口，常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口包括RJ-45以太網(wǎng)接口和光纖接口。網(wǎng)絡(luò)接口I/O設(shè)備的接口通過(guò)CPU執(zhí)行輸入輸出指令來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。程序控制方式通過(guò)CPU中斷處理程序來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。中斷控制方式通過(guò)DMA控制器來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，無(wú)需CPU介入。DMA方式通過(guò)通道程序來(lái)控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。通道控制方式I/O數(shù)據(jù)的傳輸方式PART06計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)2023REPORTING中斷定義01中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)，遇到突發(fā)情況，如硬件故障、軟件故障、I/O操作等，需要停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。中斷源02中斷源是指引起中斷的原因。常見(jiàn)的中斷源包括硬件故障、軟件故障、I/O操作等。中斷向量03中斷向量是指中斷處理程序的入口地址。每個(gè)中斷源都有一個(gè)相應(yīng)的中斷向量。中斷的基本概念中斷處理程序中斷處理程序是負(fù)責(zé)處理中斷的程序，它通常由操作系統(tǒng)提供。中斷處理程序通常包括中斷服務(wù)例程（ISR）和中斷處理程序（IHP）。中斷機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu)是指實(shí)現(xiàn)中斷功能的硬件和軟件系統(tǒng)。它包括中斷控制器、中斷向量表、中斷屏蔽位等。中斷處理程序和中斷機(jī)構(gòu)VS中斷優(yōu)先級(jí)是指各個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)的中斷可以打斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷。多重中斷的處理當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)需要按照一定的規(guī)則來(lái)選擇處理哪個(gè)中斷。常見(jiàn)的處理規(guī)則包括：先來(lái)先服務(wù)、優(yōu)先級(jí)最高先服務(wù)、緊急程度最高先服務(wù)等。中斷優(yōu)先級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)和多重中斷的處理PART07計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)2023REPORTING03操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)具有并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性。01操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源。02操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)的主要功能包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。操作系統(tǒng)的基本概念123進(jìn)程是操作系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行實(shí)體，包括程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源。進(jìn)程具有唯一性、獨(dú)立性、異步性和組合性。進(jìn)程的定義和屬性進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷三種狀態(tài)，分別是就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)，并且在這三種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，負(fù)責(zé)分配處理機(jī)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的切換和調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程管理和調(diào)度存儲(chǔ)器分為高速緩存、內(nèi)存、磁盤(pán)和輔助存儲(chǔ)器等多個(gè)層次，不同層次的存儲(chǔ)器具有不同的訪問(wèn)速度和容量。存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)內(nèi)存管理負(fù)責(zé)分配和回收內(nèi)存空間，同時(shí)保證各個(gè)進(jìn)程之間的隔離和安全。內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存是一種內(nèi)存管理技術(shù)，通過(guò)將部分磁盤(pán)空間映射到內(nèi)存中，可以擴(kuò)大程序的地址空間，提高內(nèi)存利用率。虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)管理PART08計(jì)算機(jī)的硬件安全和保護(hù)技術(shù)2023REPORTING指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，確保其硬件部分不受到任何損壞，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)崩潰等不良現(xiàn)象。硬件安全指為計(jì)算機(jī)硬件提供物理保護(hù)，防止非法訪問(wèn)或惡意攻擊，同時(shí)避免非授權(quán)訪問(wèn)或使用硬件資源。硬件保護(hù)硬件安全和保護(hù)的基本概念數(shù)字簽名通過(guò)數(shù)字簽名技術(shù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的來(lái)源和完整性，確保數(shù)據(jù)不被篡改或偽造。入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）IDS是一種監(jiān)控和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊的系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量，發(fā)現(xiàn)異常行為并及時(shí)報(bào)警。防火墻技術(shù)利用防火墻設(shè)備隔離網(wǎng)絡(luò)中的安全區(qū)域和非安全區(qū)域，控制網(wǎng)絡(luò)流量，以保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不受外部攻擊。