計算機本計算機組成原理

計算機組成原理2023-11-11計算機系統(tǒng)概述計算機存儲系統(tǒng)計算機指令系統(tǒng)計算機CPU和控制器輸入輸出系統(tǒng)計算機體系結構contents目錄01計算機系統(tǒng)概述包括中央處理器、內存、輸入輸出設備等，是計算機系統(tǒng)的物理基礎。計算機硬件計算機軟件計算機系統(tǒng)總線包括操作系統(tǒng)、應用程序、數據庫等，是計算機系統(tǒng)的非物質基礎。是計算機系統(tǒng)中各部件之間進行數據傳輸的公共通道。03計算機系統(tǒng)的基本組成0201計算機硬件由多個模塊組成，每個模塊通過總線進行連接，實現(xiàn)數據傳輸和信息共享?？偩€結構計算機硬件中的存儲器包括內存、寄存器、緩存等，用于存儲程序和數據。存儲結構CPU是計算機硬件的核心，由運算器、控制器和寄存器組成，負責執(zhí)行指令和處理數據。CPU結構計算機硬件的基本結構包括計算機硬件的基本組成和操作原理。計算機系統(tǒng)的層次結構硬件層包括操作系統(tǒng)、驅動程序和系統(tǒng)庫等，負責管理和調度硬件資源。系統(tǒng)層包括各種應用程序和業(yè)務軟件，用于實現(xiàn)特定的業(yè)務邏輯。應用層02計算機存儲系統(tǒng)存儲器分類根據存儲介質的不同，存儲器可以分為半導體存儲器、磁表面存儲器和光存儲器等。存儲器定義存儲器是計算機系統(tǒng)中的重要組成部分，用于存儲程序和數據。存儲單元存儲器的基本單元由一個或多個存儲元件組成，每個存儲元件可以存儲一個二進制位。存儲器的基本概念隨機訪問存儲器（RAM）RAM是一種可以隨機訪問的半導體存儲器，具有讀寫速度快、價格低廉等優(yōu)點，但斷電后數據會丟失。只讀存儲器（ROM）ROM是一種只能讀取不能寫入的半導體存儲器，具有永久性存儲的特性，但訪問速度較慢。半導體存儲器硬磁盤硬磁盤是一種磁表面存儲器，具有存儲容量大、讀寫速度快等優(yōu)點，但機械結構復雜，易受外界干擾。軟磁盤軟磁盤是一種便攜式的磁表面存儲器，具有體積小、重量輕、價格低廉等優(yōu)點，但存儲容量較小，讀寫速度較慢。磁表面存儲器光盤是一種利用激光技術實現(xiàn)信息存儲的光存儲器，具有存儲容量大、可靠性高、壽命長等優(yōu)點，但讀寫速度較慢。光盤藍光光盤是一種采用藍色激光技術實現(xiàn)信息存儲的光盤，具有更高的存儲密度和讀寫速度，是當前主流的光盤格式之一。藍光光盤光存儲器03計算機指令系統(tǒng)指令格式操作碼指令操作碼，表示該指令要進行的操作。地址碼用于指定操作數或操作數的地址。修飾符用于指定操作數的類型、大小、存儲位置等。010302指令類型數據傳輸指令在內存和寄存器之間傳輸數據。算術運算指令進行算術運算，如加、減、乘、除等。邏輯運算指令進行邏輯運算，如與、或、非等。控制指令控制程序執(zhí)行流程，如跳轉、調用、返回等。尋址方式操作數直接存儲在指令中。立即尋址根據指令地址和當前程序計數器（PC）的值計算出目標地址。相對尋址操作數存儲在內存的指定地址中。直接尋址操作數存儲在內存的某個地址中，該地址又指向另一個地址，通過多次尋址才能找到操作數。間接尋址通過修改地址計數器的值來訪問不同的內存地址。變址尋址020103040504計算機CPU和控制器用于進行算術和邏輯運算。運算器用于控制計算機各部件協(xié)調工作。控制器用于存儲數據和指令。寄存器用于存儲程序和數據。主存CPU的結構和功能控制器的功能和工作原理控制指令的執(zhí)行順序。指令控制時序控制操作控制數據控制控制指令的執(zhí)行速度?？刂撇僮鞑考墓ぷ鞣绞健？刂茢祿牧鲃臃较蚝头绞?。CPU的性能指標字長CPU一次能處理的二進制位數，通常用位數表示。主頻CPU時鐘頻率，通常用MHz或GHz表示。指令周期CPU執(zhí)行一條指令所需的時間，通常用ns表示。MIPS每秒執(zhí)行百萬條指令數，通常用于衡量CPU性能。05輸入輸出系統(tǒng)包括鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀等，用于將用戶輸入的信息傳輸給計算機。輸入設備包括顯示器、打印機、音響等，用于將計算機處理后的信息輸出給用戶。輸出設備連接輸入輸出設備與計算機主體，實現(xiàn)數據傳輸和控制信號傳遞。I/O接口I/O設備與接口DMA方式采用DMA控制器實現(xiàn)設備與內存之間的數據直接傳輸，減少CPU參與數據傳輸的頻率，提高系統(tǒng)效率。I/O操作的實現(xiàn)和控制方式程序控制方式在程序中控制輸入輸出操作，適用于數據量小、實時性要求不高的場景。直接存取方式通過內存映射或寄存器直接對設備進行訪問和控制，適用于大數據量、實時性要求高的場景。中斷方式當設備需要與主機通信時，通過中斷請求打斷主機運行，再由操作系統(tǒng)調度處理中斷，適用于隨機性、突發(fā)性強的輸入輸出操作。06計算機體系結構計算機體系結構是指計算機系統(tǒng)的組織結構、系統(tǒng)組成和程序設計模型，它規(guī)定了計算機系統(tǒng)的硬件和軟件的基本功能、組織結構和相互關系。計算機體系結構的定義計算機體系結構是計算機科學中的核心概念之一，它決定了計算機的性能、效率和可維護性，是計算機系統(tǒng)設計的基礎。計算機體系結構的重要性計算機體系結構由多個要素組成，包括硬件、軟件、指令集、數據類型、通道結構、中斷系統(tǒng)等。計算機體系結構的構成要素計算機體系結構的基本概念計算機體系結構的分類01根據不同的標準，計算機體系結構可以分為不同的類型，如馮·諾依曼體系結構、哈佛體系結構、CISC體系結構、RISC體系結構等。計算機體系結構的分類和發(fā)展計算機體系結構的發(fā)展歷程02計算機體系結構隨著計算機技術的發(fā)展而不斷演變，從早期的單一處理器系統(tǒng)到多處理器系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、并行處理系統(tǒng)等。計算機體系結構的最新技術和趨勢03目前，計算機體系結構的最新技術包括云計算、大數據處理、人工智能等，未來發(fā)展趨勢包括可擴展性、高效性、安全性、綠色計算等。云計算技術云計算是一種基于互聯(lián)網的計算模式，它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計算能力、存儲空間和軟件服務。人工智能技術人工智能是指讓計算機模擬人類智能的技術，包括機器學習、深度學習、自然語言處理等技術，這些技術廣泛應用于計算機體系結構中，提高了計算機的性能和智能化程度。未來發(fā)展趨勢未來，計算機體系結構將朝著可擴展性、高效性、安全性、綠色計算等方向發(fā)展，同時