計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)要點(diǎn)課件

計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)要點(diǎn)課件目錄CONTENTS計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作方式計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)新技術(shù)01計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)定義：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和組織結(jié)構(gòu)，包括其硬件和軟件的交互方式、系統(tǒng)性能、擴(kuò)展性、可靠性和成本等方面的特性。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，它涉及到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何組織和運(yùn)作，以及如何優(yōu)化系統(tǒng)性能和功能。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)定義根據(jù)存儲(chǔ)器的組織方式分類(lèi)集中式存儲(chǔ)系統(tǒng)和分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和用途分類(lèi)巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等。根據(jù)處理器的數(shù)量分類(lèi)單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)真空管時(shí)代，1940年代。第一代計(jì)算機(jī)晶體管時(shí)代，1950年代到1960年代。第二代計(jì)算機(jī)集成電路時(shí)代，1970年代到1980年代。第三代計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路時(shí)代，1990年代至今。第四代計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程02計(jì)算機(jī)組成ABCD中央處理器CPU的主要組成部分包括算術(shù)邏輯單元、控制單元、寄存器等。中央處理器（CPU）是計(jì)算機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。CPU的發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了多核處理器、異構(gòu)處理器等新技術(shù)，以提高處理速度和效率。CPU的性能指標(biāo)主要包括時(shí)鐘頻率、指令集、核心數(shù)等。01存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件。02存儲(chǔ)器分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩類(lèi)。03內(nèi)存儲(chǔ)器分為隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器，常見(jiàn)的內(nèi)存儲(chǔ)器有DRAM、SRAM、ROM等。04外存儲(chǔ)器包括硬盤(pán)、光盤(pán)、U盤(pán)等，用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。存儲(chǔ)器輸入輸出系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件。輸入輸出系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括數(shù)據(jù)傳輸速率、分辨率等。輸入輸出系統(tǒng)常見(jiàn)的輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏等，輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)等。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了無(wú)線輸入輸出設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等新型輸入輸出設(shè)備?？偩€是計(jì)算機(jī)中各個(gè)部件之間傳輸數(shù)據(jù)的通道?？偩€的性能指標(biāo)包括帶寬、位寬、傳輸速率等。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種總線標(biāo)準(zhǔn)，如PCIe、USB、SATA等，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三類(lèi)。總線03計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)定義指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件與軟件之間的接口，它定義了計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的指令集合。指令系統(tǒng)發(fā)展歷程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，指令系統(tǒng)也在不斷演進(jìn)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)。指令系統(tǒng)的重要性指令系統(tǒng)決定了計(jì)算機(jī)的基本功能和性能，是計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。指令系統(tǒng)概述操作碼操作碼指明了指令的基本操作功能，如加、減、乘、除等。地址碼地址碼指定了操作數(shù)或操作數(shù)的地址，用于確定操作數(shù)的來(lái)源和去向。修飾碼修飾碼用于對(duì)指令進(jìn)行修飾，如變址、位移等，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的操作。指令格式立即尋址操作數(shù)直接包含在指令中，緊跟在操作碼后面。寄存器尋址操作數(shù)存儲(chǔ)在寄存器中，通過(guò)寄存器名稱(chēng)來(lái)指定操作數(shù)。內(nèi)存尋址操作數(shù)存儲(chǔ)在內(nèi)存單元中，通過(guò)內(nèi)存地址來(lái)指定操作數(shù)。間接尋址操作數(shù)的地址存儲(chǔ)在內(nèi)存單元或寄存器中，通過(guò)間接尋址方式來(lái)獲取操作數(shù)。尋址方式系統(tǒng)調(diào)用指令用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)提供的服務(wù)功能，如文件讀寫(xiě)、進(jìn)程管理等。控制轉(zhuǎn)移指令用于改變程序的執(zhí)行流程，如無(wú)條件轉(zhuǎn)移、條件轉(zhuǎn)移等。邏輯運(yùn)算指令用于執(zhí)行邏輯與、或、非等邏輯運(yùn)算。數(shù)據(jù)傳輸指令用于在寄存器、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。算術(shù)運(yùn)算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。指令類(lèi)型04計(jì)算機(jī)操作方式串行處理方式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。串行處理方式的缺點(diǎn)是處理速度慢，效率低下，無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和高性能計(jì)算的需求。串行處理是一種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作方式，即按照指令的順序逐條執(zhí)行。串行處理并行處理是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)操作方式，即同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)或指令。并行處理方式的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，效率高，能夠大幅提高計(jì)算機(jī)的性能。并行處理方式的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的硬件和軟件支持，實(shí)現(xiàn)難度較大。并行處理并行流水線處理01并行流水線處理是一種結(jié)合了串行處理和并行處理的計(jì)算機(jī)操作方式。02并行流水線處理方式將一個(gè)完整的任務(wù)或指令拆分成多個(gè)子任務(wù)或子指令，并在不同的處理器上同時(shí)執(zhí)行這些子任務(wù)或子指令。03并行流水線處理方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠在保證實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的同時(shí)，提高計(jì)算機(jī)的處理速度和效率。04并行流水線處理方式的缺點(diǎn)是需要合理地拆分任務(wù)或指令，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)依賴(lài)和沖突。05計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)ABCD運(yùn)算速度指計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的速度，通常以每秒執(zhí)行的指令數(shù)（MIPS）或每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)（GFLOPS）來(lái)衡量?？煽啃灾赣?jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定任務(wù)的能力，通常用平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）來(lái)衡量。兼容性指計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備或軟件之間的互操作能力，即能否順利地交換數(shù)據(jù)或共享資源。存儲(chǔ)容量指計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器能夠容納的數(shù)據(jù)量，包括內(nèi)存、硬盤(pán)、閃存等存儲(chǔ)介質(zhì)的大小。計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)用于測(cè)試計(jì)算機(jī)中央處理器性能的基準(zhǔn)測(cè)試程序，包括整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算等。SPECCPU用于測(cè)試圖形處理器性能的基準(zhǔn)測(cè)試程序，主要針對(duì)圖形渲染和計(jì)算能力。SPECGPU用于測(cè)試計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)運(yùn)算性能的基準(zhǔn)測(cè)試程序。LINPACK用于測(cè)試計(jì)算機(jī)整體性能的基準(zhǔn)測(cè)試程序，模擬實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。SYSmark基準(zhǔn)測(cè)試程序直接比較法將待評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)與已知性能指標(biāo)進(jìn)行直接比較，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。加權(quán)評(píng)價(jià)法根據(jù)各項(xiàng)性能指標(biāo)的重要程度，分別賦予不同的權(quán)重，然后進(jìn)行加權(quán)求和，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。綜合評(píng)價(jià)法綜合考慮計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)方法03020106計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)新技術(shù)總結(jié)詞多核處理器技術(shù)是一種將多個(gè)處理器核心集成到一個(gè)芯片上的技術(shù)，以提高計(jì)算機(jī)的處理性能和效率。詳細(xì)描述多核處理器技術(shù)通過(guò)在一個(gè)芯片上集成多個(gè)處理器核心，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的能力，提高了計(jì)算機(jī)的處理速度和效率。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、桌面計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分。多核處理器技術(shù)向量處理器技術(shù)是一種利用向量運(yùn)算進(jìn)行高性能計(jì)算的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域?？偨Y(jié)詞向量處理器技術(shù)通過(guò)將多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組合成一個(gè)向量，并利用專(zhuān)門(mén)的硬件實(shí)現(xiàn)向量的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了高性能的計(jì)算能力。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器等領(lǐng)域，用于處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)集和高性能計(jì)算任務(wù)。詳細(xì)描述向量處理器技術(shù)總結(jié)詞并行計(jì)算技術(shù)是一種將一個(gè)任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)