計算機組成原理白中英主編課件ch

計算機組成原理（白中英主編）課件CATALOGUE目錄計算機系統(tǒng)概述計算機硬件組成計算機軟件組成指令系統(tǒng)與匯編語言計算機性能評價計算機網(wǎng)絡(luò)與安全01計算機系統(tǒng)概述機械計算機時代17世紀-19世紀，利用齒輪等機械部件實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算。小型化與集成電路時代20世紀60-70年代，集成電路的出現(xiàn)使計算機變得更加小型化。電子計算機時代1946年，第一臺電子計算機ENIAC誕生，采用電子管為主要元件。個人計算機時代20世紀80年代，隨著微處理器和操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，個人計算機普及。晶體管計算機時代20世紀50年代，晶體管取代電子管，體積減小，運算速度提高?；ヂ?lián)網(wǎng)與云計算時代20世紀90年代至今，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使計算機不再局限于單機應(yīng)用，云計算技術(shù)使計算資源得到更高效的利用。計算機發(fā)展歷程包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等部分。硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)計算機語言包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯器等，應(yīng)用軟件包括辦公軟件、游戲等。包括機器語言、匯編語言和高級語言，高級語言又分為面向過程的語言和面向?qū)ο蟮恼Z言。030201計算機系統(tǒng)組成計算機內(nèi)部采用二進制數(shù)制進行運算和存儲，因為二進制只有0和1兩種狀態(tài)，易于實現(xiàn)且運算規(guī)則簡單。二進制數(shù)制計算機通過執(zhí)行存儲在內(nèi)存中的指令來工作，每條指令完成一個操作，如加法、減法、跳轉(zhuǎn)等。指令執(zhí)行過程將程序和數(shù)據(jù)存儲在計算機內(nèi)部，通過執(zhí)行程序來實現(xiàn)各種計算任務(wù)。存儲程序原理計算機工作原理02計算機硬件組成發(fā)展歷程隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU的制造工藝和性能也在不斷提升，從最初的晶體管到現(xiàn)在的納米級別，CPU的性能和功能也越來越強大。定義中央處理器（CPU）是計算機的核心部件，負責(zé)執(zhí)行程序中的指令，控制計算機的各個部件協(xié)調(diào)工作。功能CPU的主要功能包括運算、控制和輸入輸出等，它決定了計算機的性能和功能。組成CPU由運算器、控制器、寄存器等組成，其中運算器和控制器是CPU的核心部分。中央處理器存儲器是計算機中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的部件，分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。定義存儲器的主要功能是存儲數(shù)據(jù)和程序，供CPU讀取和執(zhí)行。功能內(nèi)存儲器包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM），外存儲器包括硬盤、光盤、U盤等。組成存儲器的基本工作原理是利用半導(dǎo)體材料制成的晶體管來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。工作原理存儲器輸入輸出設(shè)備定義輸入輸出設(shè)備是計算機中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件，如鍵盤、鼠標、顯示器等。功能輸入輸出設(shè)備的主要功能是將用戶與計算機進行交互，將用戶輸入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，將計算機輸出的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。分類輸入輸出設(shè)備可以分為模擬輸入輸出設(shè)備和數(shù)字輸入輸出設(shè)備兩類。工作原理輸入輸出設(shè)備的基本工作原理是利用各種傳感器和驅(qū)動器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。定義總線是計算機中各個部件之間傳輸數(shù)據(jù)的通道，主板則是計算機中各個部件的載體。組成總線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等，主板則包括處理器插座、內(nèi)存插槽、擴展插槽等。功能總線的主要功能是連接各個部件并傳輸數(shù)據(jù)，主板則是固定和連接各個部件的載體。工作原理總線的基本工作原理是通過多個晶體管的狀態(tài)變化來傳輸數(shù)據(jù)，主板則是利用各種插座和插槽來連接各個部件?？偩€與主板03計算機軟件組成操作系統(tǒng)編譯器和解釋器數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)軟件01020304用于管理計算機硬件和軟件資源，提供用戶與計算機之間的接口。將源代碼轉(zhuǎn)換成目標代碼或直接執(zhí)行源代碼，實現(xiàn)程序語言的翻譯。用于存儲、檢索和管理大量數(shù)據(jù)。支持計算機之間的通信和信息共享。應(yīng)用軟件如文字處理、電子表格、演示文稿等，用于日常辦公。用于編輯、處理和美化圖片。用于制作和處理音頻、視頻等多媒體內(nèi)容。提供娛樂和休閑功能。辦公軟件圖像處理軟件多媒體軟件游戲軟件維護階段對軟件進行修改、完善和升級，以保持軟件運行穩(wěn)定和適應(yīng)新需求。測試階段通過單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試等手段，確保軟件質(zhì)量。編碼階段將設(shè)計轉(zhuǎn)化為計算機程序代碼。需求分析分析用戶需求，確定軟件的功能和性能要求。設(shè)計階段根據(jù)需求分析結(jié)果，設(shè)計軟件的體系結(jié)構(gòu)、模塊和數(shù)據(jù)庫等。軟件開發(fā)與維護04指令系統(tǒng)與匯編語言指令系統(tǒng)概述指令系統(tǒng)是計算機硬件與軟件之間的接口，它規(guī)定了計算機執(zhí)行的基本操作。指令系統(tǒng)的分類根據(jù)指令的操作數(shù)數(shù)量，可以將指令系統(tǒng)分為單操作數(shù)指令和雙操作數(shù)指令；根據(jù)指令的執(zhí)行方式，可以將指令系統(tǒng)分為串行指令和并行指令。指令系統(tǒng)的功能指令系統(tǒng)需要實現(xiàn)算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳輸、控制流程轉(zhuǎn)移等基本功能。指令系統(tǒng)的定義指令格式指令格式包括操作碼和地址碼兩部分，操作碼指定了要執(zhí)行的操作，地址碼指定了操作數(shù)所在的位置。尋址方式尋址方式是指確定操作數(shù)所在位置的方法，常見的尋址方式有立即尋址、寄存器尋址、內(nèi)存尋址等。指令長度指令長度是指一條指令所占用的二進制位數(shù)，根據(jù)不同的需求，指令長度可以是固定的或者可變的。指令格式與尋址方式匯編語言程序設(shè)計匯編語言主要用于系統(tǒng)軟件、嵌入式系統(tǒng)、游戲開發(fā)等領(lǐng)域，使用匯編語言可以編寫出高效、精簡的程序。匯編語言的應(yīng)用匯編語言是一種低級語言，它使用助記符來表示機器指令，使得程序員可以更加方便地編寫程序。匯編語言的定義匯編語言的語法包括操作碼、操作數(shù)和注釋三部分，其中操作碼指定了要執(zhí)行的操作，操作數(shù)指定了操作數(shù)的值或者地址，注釋用來對代碼進行說明。匯編語言的語法05計算機性能評價存儲容量指計算機存儲器能夠存儲的數(shù)據(jù)量，通常用字節(jié)數(shù)、千字節(jié)數(shù)、兆字節(jié)數(shù)等來衡量?？删S護性指計算機在出現(xiàn)故障時能夠迅速修復(fù)的能力，通常用平均修復(fù)時間來衡量。可靠性指計算機在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，通常用平均故障間隔時間來衡量。運算速度指計算機執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算的速度，通常用每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)或運算次數(shù)來衡量。計算機性能指標通過運行一組標準化的測試程序來評估計算機的性能，如SPECint、SPECfp等。基準測試負載測試壓力測試穩(wěn)定性測試通過模擬實際負載情況來測試計算機的性能，如并發(fā)用戶數(shù)、事務(wù)處理速率等。通過模擬極端負載情況來測試計算機的性能，如高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量等。通過長時間運行測試程序來評估計算機的穩(wěn)定性，如烤機測試、疲勞測試等。計算機性能測試方法通過升級硬件設(shè)備來提高計算機性能，如增加內(nèi)存、更換更快的硬盤等。硬件優(yōu)化通過優(yōu)化軟件程序來提高計算機性能，如算法優(yōu)化、代碼優(yōu)化等。軟件優(yōu)化通過優(yōu)化操作系統(tǒng)配置來提高計算機性能，如文件系統(tǒng)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化等。系統(tǒng)優(yōu)化通過改進散熱系統(tǒng)來降低計算機溫度，從而提高其性能和穩(wěn)定性。散熱優(yōu)化計算機性能優(yōu)化技術(shù)06計算機網(wǎng)絡(luò)與安全計算機網(wǎng)絡(luò)是指通過傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將分散的、具有獨立功能的計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)信息交換和資源共享的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)定義計算機網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的發(fā)展過程，大致可以分為面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)、ARPANET與TCP/IP、互聯(lián)網(wǎng)三個階段。計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程根據(jù)不同的分類標準，可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)等類型，也可以分為有線網(wǎng)、無線網(wǎng)等類型。計算機網(wǎng)絡(luò)分類計算機網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信和信息交換所遵循的規(guī)則和約定，包括語法、語義和時序三個部分。OSI參考模型OSI（OpenSystemsInterconnection）參考模型是國際標準化組織制定的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，它將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為七個層次，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。TCP/IP協(xié)議族TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）協(xié)議族是當(dāng)前最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族，它包括TCP、IP、UDP等協(xié)議，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)中不同計算機之間的通信和信息交換。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)常見的網(wǎng)絡(luò)安全威脅常見的網(wǎng)絡(luò)安