計算機組成原理課件第1章概論

計算機組成原理課件第1章概論計算機系統(tǒng)概述計算機硬件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)計算機的工作原理計算機的性能指標(biāo)與評價計算機系統(tǒng)概述01計算機是一種能自動、高速、精確地進行信息處理的現(xiàn)代化電子設(shè)備。計算機的發(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)模集成電路等幾個階段。摩爾定律指出了在一個芯片上集成的晶體管數(shù)量每18個月翻一倍，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。計算機的定義與發(fā)展

計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)包括運算器、控制器、存儲器、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。計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，即逐條指令地取出并執(zhí)行的過程。計算機每執(zhí)行一條指令，都可分為取指、分析和執(zhí)行三個基本階段。在取指階段，計算機從內(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，計算機對取出的指令進行分析，指出它要求什么操作；在執(zhí)行階段，計算機根據(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，以便指揮全機協(xié)調(diào)工作完成該指令的功能。010203計算機的工作過程計算機硬件系統(tǒng)0203寄存器暫存數(shù)據(jù)和指令01運算器執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算02控制器控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作中央處理器主存儲器存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)輔助存儲器長期保存程序和數(shù)據(jù)存儲器輸入設(shè)備將信息輸入到計算機中輸出設(shè)備將計算機處理結(jié)果輸入輸出設(shè)備計算機軟件系統(tǒng)03系統(tǒng)軟件管理和控制計算機硬件及軟件資源，提供用戶與計算機之間的接口。連接和驅(qū)動各種硬件設(shè)備，使其正常工作。存儲、管理和檢索數(shù)據(jù)。將高級語言程序翻譯成機器語言程序，以便計算機執(zhí)行。操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序數(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)。對圖像進行編輯、處理和優(yōu)化。處理音頻和視頻文件，進行剪輯、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。版本控制工具對軟件進行自動化測試，提高測試效率和準(zhǔn)確性。自動化測試工具分析代碼質(zhì)量、性能和安全性等方面的問題，幫助開發(fā)人員改進代碼質(zhì)量。代碼分析工具軟件開發(fā)工具計算機的工作原理04計算機執(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)指令格式一臺計算機中所有指令的集合，反映了計算機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)行指令存儲結(jié)果計算機執(zhí)行指令的過程從存儲器中取出要執(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)的動作。對指令寄存器中的指令進行分析，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)計算機在執(zhí)行程序過程中遇到外部事件或內(nèi)部異常時，會中斷當(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。計算機的性能指標(biāo)與評價05可用性計算機的可用性是指計算機在某一時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)時間、吞吐量、故障恢復(fù)時間等。運算速度計算機的運算速度是指計算機每秒鐘能執(zhí)行的指令數(shù)，一般以MIPS(百萬條指令/秒)或MFLOPS(百萬次浮點運算/秒)為單位來衡量。存儲容量計算機的存儲容量是指計算機內(nèi)部存儲器（主存）所能存儲信息的總字節(jié)數(shù)，一般以字節(jié)（Byte）為單位，也可以用位（bit）來表示?？煽啃杂嬎銠C的可靠性是指計算機在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。計算機的主要性能指標(biāo)通過運行一系列標(biāo)準(zhǔn)化的測試程序來評價計算機的性能，這些測試程序被設(shè)計成能反映計算機在各種應(yīng)用領(lǐng)域的性能表現(xiàn)?；鶞?zhǔn)測試程序?qū)⒍鄠€單項性能指標(biāo)通過一定的權(quán)重組合起來，形成一個綜合性的評價指標(biāo)，以此來全面評價計算機的性能。綜合評價法在評價計算機性能時，不僅考慮計算機的性能指標(biāo)，還要考慮計算機的價格因素，通過性價比來評價計算機的性能。性價比評價法計算機性能評價的方法與標(biāo)準(zhǔn)通過提高計算機主頻來提高運算速度，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)化算法升級硬件設(shè)備通過采用多核技術(shù)來提高計算機的并行處理能力，從而