曹桂濤計(jì)算機(jī)組成課件

曹桂濤計(jì)算機(jī)組成課件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述中央處理器存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件目錄01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1946年之前，使用機(jī)械裝置進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算速度慢且精度低。機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代1946年至1959年，使用電子管作為計(jì)算元件，運(yùn)算速度和精度得到提高。電子計(jì)算機(jī)時(shí)代1959年至1970年，晶體管取代電子管，計(jì)算機(jī)體積減小，性能提升。小型化與微型化時(shí)代1970年至今，集成電路使計(jì)算機(jī)性能大幅提升，進(jìn)入個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代。集成電路時(shí)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等，用于向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和命令。輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等，用于顯示或輸出計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。輸出設(shè)備硬盤、內(nèi)存等，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器CPU，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序中的指令和處理數(shù)據(jù)。處理器計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)程序處理器從存儲(chǔ)器中讀取指令并執(zhí)行，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。指令執(zhí)行處理后的結(jié)果通過輸出設(shè)備顯示或輸出。結(jié)果輸出計(jì)算機(jī)的工作原理02中央處理器運(yùn)算器控制器寄存器總線CPU的組成結(jié)構(gòu)01020304執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件，是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分。控制CPU的工作流程，協(xié)調(diào)運(yùn)算器和內(nèi)存之間的操作。存儲(chǔ)中間處理結(jié)果的部件，提供快速的存儲(chǔ)和訪問速度。連接CPU、內(nèi)存和其他組件的通信通道。從內(nèi)存中讀取指令并放入指令寄存器。取指令指令譯碼執(zhí)行指令存儲(chǔ)結(jié)果將指令譯碼器將指令寄存器中的指令翻譯成一系列操作碼和操作數(shù)。根據(jù)操作碼和操作數(shù)，運(yùn)算器進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算或邏輯操作。將運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)回內(nèi)存或寄存器中。CPU的工作原理頻率CPU一次處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，處理能力越強(qiáng)。字長(zhǎng)緩存容量功耗01020403CPU正常工作時(shí)所消耗的電能，功耗越低，節(jié)能效果越好。CPU每秒鐘執(zhí)行的時(shí)鐘周期數(shù)，頻率越高，處理速度越快。CPU內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量，緩存容量越大，數(shù)據(jù)訪問速度越快。CPU的性能指標(biāo)03存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)，可隨時(shí)讀寫，易失性存儲(chǔ)器。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）存儲(chǔ)固定不變的程序和數(shù)據(jù)，只能讀取不能寫入，非易失性存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器（ROM）高速存儲(chǔ)器，用于存放經(jīng)常訪問的程序和數(shù)據(jù)，提高存儲(chǔ)器的訪問速度。高速緩存（Cache）CPU內(nèi)部的存儲(chǔ)單元，用于存放運(yùn)算過程中的中間結(jié)果和指令。寄存器內(nèi)存的組成結(jié)構(gòu)內(nèi)存地址由二進(jìn)制數(shù)表示，通過地址碼找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元。地址編碼數(shù)據(jù)讀寫刷新根據(jù)地址碼將數(shù)據(jù)寫入或從內(nèi)存中讀出。動(dòng)態(tài)RAM需要定時(shí)刷新以保持?jǐn)?shù)據(jù)。030201內(nèi)存的工作原理03可靠性內(nèi)存的可靠性決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性。01容量?jī)?nèi)存的容量決定了可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。02速度內(nèi)存的讀寫速度影響CPU訪問內(nèi)存的速度，進(jìn)而影響計(jì)算機(jī)的整體性能。內(nèi)存的性能指標(biāo)04輸入輸出設(shè)備鍵盤將用戶的按鍵輸入轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過接口電路傳輸?shù)街鳈C(jī)。鼠標(biāo)通過移動(dòng)鼠標(biāo)，將位移信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)街鳈C(jī)。掃描儀將圖像或文字轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)街鳈C(jī)。觸摸屏通過觸摸屏幕，將觸摸信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)街鳈C(jī)。輸入設(shè)備的種類和原理顯示器將主機(jī)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以圖像形式顯示在屏幕上。打印機(jī)將主機(jī)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為墨跡信號(hào)，打印在紙張上。投影儀將主機(jī)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過投影方式顯示在屏幕上。音響將主機(jī)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，播放出聲音。輸出設(shè)備的種類和原理程序控制方式主機(jī)通過程序控制I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。中斷方式主機(jī)通過中斷方式控制I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。DMA方式主機(jī)通過DMA控制器控制I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。I/O通道方式主機(jī)通過I/O通道控制I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。I/O設(shè)備與主機(jī)的信息交換方式05計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線總線的分類和功能用于在CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線用于傳輸控制信號(hào)，如讀寫信號(hào)、中斷信號(hào)等?？刂瓶偩€用于向各個(gè)部件提供電源。電源總線用于CPU向內(nèi)存或輸入輸出設(shè)備發(fā)送地址信號(hào)，以訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)。地址總線總線是一種連接多個(gè)部件的公共通道，通過它，各個(gè)部件之間可以相互通信?？偩€的性能指標(biāo)包括帶寬、速度、負(fù)載能力等?？偩€的工作原理和性能指標(biāo)性能指標(biāo)工作原理常見的總線標(biāo)準(zhǔn)有PCI、PCI-E、SATA等。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總線的物理特性、電氣特性、機(jī)械特性和功能特性等?？偩€標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)多個(gè)設(shè)備同時(shí)申請(qǐng)使用總線時(shí)，需要有一種機(jī)制來確定哪個(gè)設(shè)備可以使用總線。常見的仲裁方式有輪詢、計(jì)數(shù)器、鏈?zhǔn)降??？偩€仲裁方式總線標(biāo)準(zhǔn)與總線仲裁方式06計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)的功能和分類總結(jié)詞操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的硬件和應(yīng)用程序，提供了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本功能。詳細(xì)描述操作系統(tǒng)的功能包括資源管理、系統(tǒng)監(jiān)控、用戶界面等。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，操作系統(tǒng)可以分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等。VS程序設(shè)計(jì)語言是用于編寫計(jì)算機(jī)程序的工具，其語法和語義規(guī)定了程序的結(jié)構(gòu)和行為。編譯原理是研究如何將高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言的科學(xué)。詳細(xì)描述常見的程序設(shè)計(jì)語言包括C、C、Java、Python等。編譯原理涉及詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、優(yōu)化、目標(biāo)代碼生成等階段，最終將高級(jí)語言程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的機(jī)器碼?？偨Y(jié)詞程序設(shè)計(jì)語言及其編譯原理軟件工程是研究如何有效、可靠地開發(fā)軟件的科學(xué)，涉及軟件開發(fā)的全過程。開發(fā)