計(jì)算機(jī)組成原理課件第1章概論

計(jì)算機(jī)組成原理課件第1章概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)與評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述01計(jì)算機(jī)是一種能自動(dòng)、高速、精確地進(jìn)行信息處理的現(xiàn)代化電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路等幾個(gè)階段。摩爾定律指出了在一個(gè)芯片上集成的晶體管數(shù)量每18個(gè)月翻一倍，但由于物理學(xué)的限制，集成電路的技術(shù)極限已經(jīng)接近。計(jì)算機(jī)的定義與發(fā)展

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類，其中系統(tǒng)軟件又包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，即逐條指令地取出并執(zhí)行的過程。計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令，都可分為取指、分析和執(zhí)行三個(gè)基本階段。在取指階段，計(jì)算機(jī)從內(nèi)存中取出當(dāng)前要執(zhí)行的指令，并將其送到控制器的指令寄存器中；在分析階段，計(jì)算機(jī)對(duì)取出的指令進(jìn)行分析，指出它要求什么操作；在執(zhí)行階段，計(jì)算機(jī)根據(jù)分析結(jié)果，由控制器發(fā)出完成操作所需的一系列控制信號(hào)，以便指揮全機(jī)協(xié)調(diào)工作完成該指令的功能。010203計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)0203寄存器暫存數(shù)據(jù)和指令01運(yùn)算器執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算02控制器控制計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作中央處理器主存儲(chǔ)器存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)輔助存儲(chǔ)器長(zhǎng)期保存程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸入設(shè)備將信息輸入到計(jì)算機(jī)中輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)03系統(tǒng)軟件管理和控制計(jì)算機(jī)硬件及軟件資源，提供用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。連接和驅(qū)動(dòng)各種硬件設(shè)備，使其正常工作。存儲(chǔ)、管理和檢索數(shù)據(jù)。將高級(jí)語言程序翻譯成機(jī)器語言程序，以便計(jì)算機(jī)執(zhí)行。操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)語言處理程序辦公軟件圖像處理軟件音視頻處理軟件游戲軟件應(yīng)用軟件01020304處理文字、表格、演示文稿等日常辦公任務(wù)。對(duì)圖像進(jìn)行編輯、處理和優(yōu)化。處理音頻和視頻文件，進(jìn)行剪輯、合成和特效制作。提供娛樂和游戲功能。提供代碼編輯、編譯、調(diào)試和測(cè)試等功能的集成環(huán)境。集成開發(fā)環(huán)境（IDE）管理軟件開發(fā)過程中的版本變更和協(xié)作。版本控制工具對(duì)軟件進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，提高測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。自動(dòng)化測(cè)試工具分析代碼質(zhì)量、性能和安全性等方面的問題，幫助開發(fā)人員改進(jìn)代碼質(zhì)量。代碼分析工具軟件開發(fā)工具計(jì)算機(jī)的工作原理04計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令，由操作碼和操作數(shù)組成。指令指令系統(tǒng)指令格式一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有指令的集合，反映了計(jì)算機(jī)的基本功能和性能指標(biāo)。操作碼+地址碼（操作數(shù)），其中操作碼指明操作性質(zhì)，地址碼是操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址。030201指令與指令系統(tǒng)取指令分析指令執(zhí)行指令存儲(chǔ)結(jié)果計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過程從存儲(chǔ)器中取出要執(zhí)行的指令，送到指令寄存器。根據(jù)分析結(jié)果，按指令規(guī)定的操作執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行分析，確定指令類型和操作數(shù)地址。將執(zhí)行結(jié)果存儲(chǔ)到指定位置。程序的執(zhí)行過程程序的順序執(zhí)行按照程序中的指令順序，逐條執(zhí)行指令。程序的循環(huán)執(zhí)行某段程序被多次重復(fù)執(zhí)行，直到滿足結(jié)束條件。程序的分支執(zhí)行根據(jù)條件判斷的結(jié)果，選擇不同的指令執(zhí)行路徑。中斷處理當(dāng)計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中遇到外部事件或內(nèi)部異常時(shí)，會(huì)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理中斷事件，處理完后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)與評(píng)價(jià)05可用性計(jì)算機(jī)的可用性是指計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻能提供給用戶的最大服務(wù)能力，包括系統(tǒng)的處理能力、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、故障恢復(fù)時(shí)間等。運(yùn)算速度計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是指計(jì)算機(jī)每秒鐘能執(zhí)行的指令數(shù)，一般以MIPS(百萬條指令/秒)或MFLOPS(百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒)為單位來衡量。存儲(chǔ)容量計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器（主存）所能存儲(chǔ)信息的總字節(jié)數(shù)，一般以字節(jié)（Byte）為單位，也可以用位（bit）來表示?？煽啃杂?jì)算機(jī)的可靠性是指計(jì)算機(jī)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)通過運(yùn)行一系列標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試程序來評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能，這些測(cè)試程序被設(shè)計(jì)成能反映計(jì)算機(jī)在各種應(yīng)用領(lǐng)域的性能表現(xiàn)?；鶞?zhǔn)測(cè)試程序?qū)⒍鄠€(gè)單項(xiàng)性能指標(biāo)通過一定的權(quán)重組合起來，形成一個(gè)綜合性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以此來全面評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能。綜合評(píng)價(jià)法在評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能時(shí)，不僅考慮計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)，還要考慮計(jì)算機(jī)的價(jià)格因素，通過性價(jià)比來評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能。性價(jià)比評(píng)價(jià)法計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)的方法與標(biāo)準(zhǔn)通過提高計(jì)算機(jī)主頻來提高運(yùn)算速度，但需要注意散熱和功耗問題。提高主頻采用多核技術(shù)優(yōu)化算法升級(jí)硬件設(shè)備通過采用多核技術(shù)來提高計(jì)算機(jī)的并行處理能力，從而