計(jì)算機(jī)組成原理(5)要點(diǎn)課件

計(jì)算機(jī)組成原理(5)要點(diǎn)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)備總線contents目錄01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)的物理組件，包括中央處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入輸出設(shè)備等。硬件軟件操作系統(tǒng)運(yùn)行在計(jì)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(hù)交互的系統(tǒng)軟件。030201計(jì)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(chǔ)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(mǎn)足用戶(hù)需求，如辦公軟件、游戲等。應(yīng)用層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，并將結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)存或存儲(chǔ)設(shè)備中。數(shù)據(jù)處理計(jì)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(pán)、顯示器等。輸入輸出計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程02中央處理器CPU的功能和組成組成控制器運(yùn)算器、控制器、寄存器組控制指令執(zhí)行順序功能運(yùn)算器寄存器組運(yùn)算、控制和輸入/輸出功能執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算存儲(chǔ)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(zhǎng)CPU時(shí)鐘頻率，單位為Hz，越高性能越好主頻用于存儲(chǔ)CPU常用數(shù)據(jù)和指令，提高訪問(wèn)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(jì)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(jì)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(kāi)始應(yīng)用于個(gè)人計(jì)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(gè)人計(jì)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(yùn)算、邏輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移等指令指令執(zhí)行過(guò)程取指令、解碼、執(zhí)行、訪存、寫(xiě)回等階段組成指令周期CPU執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，通常以時(shí)鐘周期數(shù)表示指令系統(tǒng)與指令周期03存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)介質(zhì)分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器；按存取方式分為隨機(jī)存儲(chǔ)器和順序存儲(chǔ)器。用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，是計(jì)算機(jī)中必不可少的部分，與運(yùn)算器、控制器共同組成計(jì)算機(jī)的核心部件。存儲(chǔ)器的分類(lèi)與作用作用分類(lèi)定義主存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱(chēng)主存，是計(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)重要部件，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)。組成由大量隨機(jī)存取的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的地址，通過(guò)地址來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取操作。主存儲(chǔ)器定義外存儲(chǔ)器又稱(chēng)輔助存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)外存，主要用來(lái)長(zhǎng)期或永久地存放計(jì)算機(jī)中幾乎所有的信息。特點(diǎn)容量大、價(jià)格低、存放的信息可以長(zhǎng)期保存，但與內(nèi)存相比，存取速度較慢。常見(jiàn)的外存儲(chǔ)器有硬盤(pán)、U盤(pán)、光盤(pán)等。外存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)的數(shù)據(jù)和程序，以減少對(duì)主存的訪問(wèn)，從而提高計(jì)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(chǔ)器（Cache）04輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備的分類(lèi)與作用輸入輸出設(shè)備的分類(lèi)根據(jù)功能和用途，輸入輸出設(shè)備可以分為多種類(lèi)型，如鍵盤(pán)、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(jì)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(jì)算機(jī)中，或?qū)⒂?jì)算機(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(dòng)、點(diǎn)擊等操作，提高用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)的交互體驗(yàn)。將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式，便于存儲(chǔ)、傳輸和編輯。集輸入輸出功能于一體，適用于移動(dòng)設(shè)備和自助終端。鍵盤(pán)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(hù)與計(jì)算機(jī)交互的主要界面。顯示器將計(jì)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(jì)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(tīng)覺(jué)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(dòng)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(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的橋梁，提供了對(duì)硬件設(shè)備的抽象接口。I/O控制器是計(jì)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(qǐng)求。當(dāng)輸入輸出設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU會(huì)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(lái)的任務(wù)。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常常使用緩沖技術(shù)來(lái)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(gè)層次。05總線總線是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線，是計(jì)算機(jī)中各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ?。總線的概念總線是計(jì)算機(jī)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)臉蛄?，?shí)現(xiàn)了各部件之間的互連互通，使得計(jì)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(lèi)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?？偩€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)?？偩€的分類(lèi)與技術(shù)指標(biāo)VS在總線操作過(guò)程中，需要遵循一定的時(shí)序，包括準(zhǔn)備、仲裁、數(shù)據(jù)傳輸和結(jié)束等階段。總線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(gè)主控制器來(lái)管理總線的操作，而分布式控制方式則采用多個(gè)控制器來(lái)協(xié)同管理總線的操作?？偩€操作