計算機(jī)組成原理(5)要點課件

計算機(jī)組成原理(5)要點課件計算機(jī)系統(tǒng)概述中央處理器存儲器輸入輸出設(shè)備總線contents目錄01計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)的物理組件，包括中央處理器、內(nèi)存、存儲設(shè)備、輸入輸出設(shè)備等。硬件軟件操作系統(tǒng)運行在計算機(jī)上的程序和數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、提供服務(wù)與用戶交互的系統(tǒng)軟件。030201計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成提供物理支持，包括中央處理器、內(nèi)存、存儲設(shè)備和輸入輸出設(shè)備等。硬件層提供系統(tǒng)服務(wù)，如進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理等。操作系統(tǒng)層提供應(yīng)用程序，滿足用戶需求，如辦公軟件、游戲等。應(yīng)用層計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機(jī)從內(nèi)存中讀取指令并執(zhí)行，完成一條指令后再讀取下一條指令。指令執(zhí)行計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算和處理，并將結(jié)果存儲在內(nèi)存或存儲設(shè)備中。數(shù)據(jù)處理計算機(jī)接收外部輸入并將結(jié)果輸出到外部設(shè)備，如鍵盤、顯示器等。輸入輸出計算機(jī)的工作過程02中央處理器CPU的功能和組成組成控制器運算器、控制器、寄存器組控制指令執(zhí)行順序功能運算器寄存器組運算、控制和輸入/輸出功能執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算存儲操作數(shù)和中間結(jié)果表示一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)，如8位、16位、32位、64位等字長CPU時鐘頻率，單位為Hz，越高性能越好主頻用于存儲CPU常用數(shù)據(jù)和指令，提高訪問速度高速緩存CPU支持的指令集合，如x86、ARM等指令集CPU的主要技術(shù)參數(shù)8位CPU出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代末，如Z80、8080等，廣泛應(yīng)用于小型計算機(jī)和游戲機(jī)等領(lǐng)域4位CPU出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，主要用于計算器等小型電子設(shè)備16位CPU出現(xiàn)于上世紀(jì)80年代初，如Intel8086、80286等，開始應(yīng)用于個人計算機(jī)領(lǐng)域64位CPU出現(xiàn)于本世紀(jì)初，如IntelCorei7、AMDRyzen等，具有更高的性能和更強(qiáng)的處理能力32位CPU出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代初，如IntelPentium、AMDK6等，廣泛應(yīng)用于個人計算機(jī)和服務(wù)器等領(lǐng)域CPU的發(fā)展和演變指令系統(tǒng)CPU支持的指令集合，包括算術(shù)運算、邏輯運算、控制轉(zhuǎn)移等指令指令執(zhí)行過程取指令、解碼、執(zhí)行、訪存、寫回等階段組成指令周期CPU執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以時鐘周期數(shù)表示指令系統(tǒng)與指令周期03存儲器按存儲介質(zhì)分為半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器和光盤存儲器；按存取方式分為隨機(jī)存儲器和順序存儲器。用于存儲數(shù)據(jù)和程序，是計算機(jī)中必不可少的部分，與運算器、控制器共同組成計算機(jī)的核心部件。存儲器的分類與作用作用分類定義主存儲器簡稱主存，是計算機(jī)硬件的一個重要部件，主要負(fù)責(zé)存儲和讀取數(shù)據(jù)。組成由大量隨機(jī)存取的存儲單元組成，每個存儲單元都有一個唯一的地址，通過地址來對數(shù)據(jù)進(jìn)行存取操作。主存儲器定義外存儲器又稱輔助存儲器，簡稱外存，主要用來長期或永久地存放計算機(jī)中幾乎所有的信息。特點容量大、價格低、存放的信息可以長期保存，但與內(nèi)存相比，存取速度較慢。常見的外存儲器有硬盤、U盤、光盤等。外存儲器高速緩沖存儲器簡稱Cache，是一種高速存取數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，通常由高速的SRAM構(gòu)成。定義它位于CPU和主存之間，其功能是存放CPU近期使用過的數(shù)據(jù)和程序，以減少對主存的訪問，從而提高計算機(jī)的性能。Cache的容量一般只有主存的幾百分之一，但存取速度卻接近于CPU的速度。工作原理高速緩沖存儲器（Cache）04輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備的分類與作用輸入輸出設(shè)備的分類根據(jù)功能和用途，輸入輸出設(shè)備可以分為多種類型，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等。輸入輸出設(shè)備的作用輸入輸出設(shè)備是計算機(jī)與外部世界進(jìn)行信息交互的橋梁，負(fù)責(zé)將外部信息輸入到計算機(jī)中，或?qū)⒂嬎銠C(jī)處理后的信息輸出到外部設(shè)備。輸入設(shè)備用于輸入字符、數(shù)字和命令，是最常用的輸入設(shè)備之一。用于選擇、拖動、點擊等操作，提高用戶對計算機(jī)的交互體驗。將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式，便于存儲、傳輸和編輯。集輸入輸出功能于一體，適用于移動設(shè)備和自助終端。鍵盤鼠標(biāo)掃描儀觸摸屏用于顯示文字、圖像和視頻等信息，是用戶與計算機(jī)交互的主要界面。顯示器將計算機(jī)中的信息打印成紙質(zhì)文檔，便于閱讀和保存。打印機(jī)將計算機(jī)中的信息投影到大屏幕上，便于多人觀看和討論。投影儀輸出聲音信息，提供聽覺上的享受和反饋。音響輸出設(shè)備第二季度第一季度第四季度第三季度驅(qū)動程序I/O控制器中斷處理緩沖技術(shù)輸入輸出設(shè)備的管理方式為了使輸入輸出設(shè)備能夠正常工作，需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序。驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的橋梁，提供了對硬件設(shè)備的抽象接口。I/O控制器是計算機(jī)中負(fù)責(zé)管理輸入輸出設(shè)備的硬件設(shè)備，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)備與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸，并處理設(shè)備產(chǎn)生的中斷請求。當(dāng)輸入輸出設(shè)備完成一項任務(wù)或發(fā)生錯誤時，會向CPU發(fā)出中斷請求，CPU會暫停當(dāng)前任務(wù)轉(zhuǎn)而處理中斷事件，處理完畢后再繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，計算機(jī)系統(tǒng)常常使用緩沖技術(shù)來暫存數(shù)據(jù)。緩沖可以發(fā)生在CPU與內(nèi)存之間、CPU與設(shè)備之間、設(shè)備與內(nèi)存之間等多個層次。05總線總線是連接計算機(jī)各部件的一組公共信號線，是計算機(jī)中各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ??？偩€的概念總線是計算機(jī)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)臉蛄海瑢崿F(xiàn)了各部件之間的互連互通，使得計算機(jī)各部件能夠協(xié)同工作?？偩€的作用總線的概念與作用總線的分類根據(jù)傳輸方式，總線可分為單向總線和雙向總線；根據(jù)連接的部件數(shù)量，總線可分為單總線、雙總線和多總線。總線的技術(shù)指標(biāo)總線的帶寬、速度、負(fù)載能力、可靠性和成本等是衡量總線性能的重要技術(shù)指標(biāo)。總線的分類與技術(shù)指標(biāo)VS在總線操作過程中，需要遵循一定的時序，包括準(zhǔn)備、仲裁、數(shù)據(jù)傳輸和結(jié)束等階段?？偩€控制方式總線控制方式主要有集中式和分布式兩種，集中式控制方式采用一個主控制器來管理總線的操作，而分布式控制方式則采用多個控制器來協(xié)同管理總線的操作。總線操作