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计算机组成原理(本全)课件
计算机组成原理(本 全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机系统的组成与工作原理ppt课件
工作原理
参照人类大脑的工作方式，首先我们通过眼 睛、耳朵等感觉器官，将捕捉到的信息输送到 大脑并存储起来。然后经过思考，结合已掌握 的知识，按照一定的方法和步骤，对信息进行 加工处理，产生处理结果。然后在经过大脑的 控制，利用口、手等器官，把结果表达出来。 计算机的工作方式也是类似的：
计算机工作原理
它是计算机的核心部件，负责解释执行计算机的基 本指令，完成计算机对各种信息的加工处理工作。 它主要由运算器和控制器组成。
信息处理 的核心
信息处理的 指挥中心
现在市场上常用的是AMD处理器、英特尔处理器等。
AMD处理器
Intel处理器
主 机 板
二、存储器
（1）内存储器，简称内存，也叫主存储器。 用于存储计算机当前工作中正在运行的程序、 数据等，相当于计算机内部的存储中心。
操作系统有DOS、windows等，我们常用的 WINDOWS 是一个多任务、多窗口的操作系统 。
应用软件是为了解决一些实际问题的计算机程序。 我们在计算机上作画，需要作图软件如photoshop, 作动画需要动画软件flash，我们写文章要用文字 编辑软件，如microsoft word，老师做课件用ppt 等。
注意：在我们使用完USB移动存储器时，一定要在计算机上进行“安全 删除硬件”的操作。等WINDOWS通知可以移除设备时，才可以从USB接口 中拔出设备
内 存 条
U 盘
光驱
三、输入设备：用于计算机从外界获取信息
键
鼠
盘
标
摄 像 头 扫描仪
数码相机
四、输出设备：用于将信息传递给外界 打 印 机
显 示 器
数据输入 输入设备
运算器 存储器
输出 设备 输出 结果
《计算机的组成》课件
总结词
输入输出设备是计算机中用于与外部环境进行交互的硬件设备。
详细描述
输入输出设备是计算机中用于与外部环境进行交互的硬件设备。常见的输入设备 包括键盘、鼠标、触摸屏等，用于向计算机输入数据和指令；常见的输出设备包 括显示器、打印机等，用于将计算机处理的结果输出给用户。
总线与接口
总结词
总线与接口是计算机中用于连接各个硬件组件的通信线路和连接器。
数据处理是指利用计算机对大量数据进行收 集、整理、分析和呈现的过程，是计算机应 用的重要领域之一。
详细描述
数据处理涉及数据挖掘、数据库管理、数据 可视化等方面，广泛应用于金融、医疗、教 育等领域，帮助人们更好地理解和利用数据 。
人工智能与机器学习
总结词
人工智能与机器学习是计算机应用的前沿领 域，涉及模拟人类智能和从数据中学习的技 术。
总结词
指令是计算机执行操作的最小单位，程序则是按照特定顺序排列的一系列指令集合。
详细描述
指令是计算机能够识别和执行的基本命令，它规定了计算机执行的基本操作，如加法、减法、跳转等 。程序则是由一系列指令按照特定顺序组成的，用于完成特定的任务或功能。程序执行时，计算机按 照指令顺序逐条执行，完成所需的操作。
物联网与智能家居
物联网
物联网是指通过信息传感设备如射频识别、红外感应 器、全球定位系统等，按照约定的协议，将任何物品 与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能 化识别、定位、跟踪和管理的一种网络。
智能家居
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络 通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技 术等将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设 施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便 利性、舒适性、艺术性。
计算机组成原理(本全)ppt课件
定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加 法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示 和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运 算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器 、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段 。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期 、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制 数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、 乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行 处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率 。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据 缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除 法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则
计算机组成原理PPT课件
图像处理软件
如Photoshop、GIMP等，用于编辑、处理 和美化图像。
游戏软件
提供娱乐和休闲功能，丰富人们的生活。
软件开发与维护
需求分析
对软件的功能需求进行详细分析，确 定软件的目标和功能。
02
设计阶段
根据需求分析结果，设计软件的架构、 模块和接口等。
01
03
编码阶段
根据设计文档，使用编程语言实现软 件的各个模块。
数据运算与逻辑运算
数据运算
加法、减法、乘法、除法等。
逻辑运算
与运算、或运算、非运算等。
运算器
加法器、乘法器、比较器等。
数据存储与访问方式
数据存储
内存、硬盘、闪存等。
访问方式
随机访问、顺序访问等。
存储结构
线性结构、树形结构、图形结构等。
06 计算机系统性能评价
计算机性能指标
运算速度
指计算机完成一项操作所需的时间， 包括CPU运算速度、内存存取速度等。
按用途
通用计算机和专用计算机。
计算机的应用领域
数据处理
企业、政府等组织 的数据存储、分析 和处理。
辅助设计
建筑设计、机械设 计、影视制作等领 域。
科学计算
天气预报、物理模 拟、工程设计等领 域。
自动控制
工业生产、交通管 理、智能家居等领 域。
网络通信
电子邮件、社交媒 体、在线会议等领 域。
02 计算机硬件组成
接口是连接设备与总线的桥梁，常 见的接口包括USB、HDMI等。
03 计算机软件组成
系统软件
操作系统ห้องสมุดไป่ตู้
是计算机系统的基本软件，负责管理计算机的硬件和应用程序，提供 计算机系统的控制、管理、维护等功能。
计算机的组成课件_图文
固态硬盘和传统硬盘的区别
电源
计算机属于弱电产品，也就是说部件的工作 电压比较低，一般在正负12伏以内，并且是直流 电。而普通的市电为220伏（有些国家为110伏） 交流电，不能直接在计算机部件上使用。因此计 算机和很多家电一样需要一个电源部分，负责将 普通市电转换为计算机可以使用的电压，一般安 装在计算机内部。计算机的核心部件工作电压非 常低，并且由于计算机工作频率非常高，因此对 电源的要求比较高。目前计算机的电源为开关电 路，将普通交流电转为直流电，再通过斩波控制 电压，将不同的电压分别输出给主板、硬盘、光 驱等计算机部件。
内存
内存指的是内存储器 ，其主要是用来临时 存贮数据，比如电脑中调用的数据,就需要 从硬盘读出,发给内存,然后内存再发给CPU 也可以理解成是内存和CPU之间的缓存, 因 为CPU中的ALU(虚拟寄存器)速度要比硬盘 速度快的多. 所以需要内存用来给CPU和硬 盘之间进行沟通，当然光盘/软盘等所有外 存贮器都是用内存来作桥梁的。
只读存储器：他是死的,删不掉,也无法覆盖 其他数据，主要用来存储内存厂商/型号等 。
硬盘
硬盘是一种主要的电脑存储媒介。 固态硬盘： 固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上 与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普 通硬盘一致。其芯片的工作温度范围很宽（40~85℃）。目前广泛应用于军事、车载、工控 、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗 、航空等、导航设备等领域。虽然目前成本较高 ，但也正在逐渐普及到DIY市场。
内存有两个部分： 随机存储器(RAM)
只读存储器(ROM)
随机存储器：也就是临时存放数据用的, 断 电后数据丢失，所以你复制了东西,没有粘 贴时,从新启动计算机后就无法粘贴刚才复 制的数据了。比如你玩游戏时,刚玩完游戏 感觉计算机速度下降了,这就是内存被游戏 数据占用了，从新启动计算机后速度恢复 正常,也就是内存中的RAM释放了数据。
计算机的组成(ppt课件)
外存：硬盘、光盘、优盘，数据永久性，速度慢，容量大
6、ห้องสมุดไป่ตู้示卡
通过总线连接CPU与显示 器之间的接口电路,
显存：16M, 32M，64M
显示器：超平，纯平，液晶 分辨率: 像素 dpi（dot per inch） bps (bit per second)
声效卡
7、网卡、Modem
音箱、打印机、扫描仪 键盘、鼠标、
3、内存
•内存:指的就是主板上的存储部件，使CPU直接与之沟通，存放 当前正在使用的（即执行中）的数据和程序。
•分类：ROM——固化在芯片上，存放一些监控程序。（主板上）
•
RAM——内存条，只用于暂时存放程序和数据，一旦关
闭电源或发生断电，其中的 程序和 数据 就会丢失。
内存储器
• CPU 与内存储器 频繁的数据交换
容量
计量单位：字节(Byte) B、KB、MB、GB、TB 1B=8 bit 即1 字节 (Byte) = 8 位（bit） 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB
5、硬盘、光驱、软驱
内存与外存的不同特点：
内存： RAM内存条
数据易失性，速度快，容量小
第二章 计算机硬件和软件
• 计算机完整的系统由 硬件 和 软件 组成
第一节 计算机的硬件构成
1、主板 2、CPU(中央处理器） 3、内存 4、硬盘 5、光驱、软驱 6、显卡、声卡 7、网卡 8、外设
显
示
器
声卡网卡
显卡
内存
电 源
主 板
键 盘
鼠标
CPU
硬 盘 光驱 软驱
1、主板
主板上有许多插槽， 可以插“即插即用”设备， 比如网卡、声卡、显卡、 内存等，还提供各种部 件的接口，一些数据线 也是插在主板上。计算 机的绝大部分部件都是 集成在主板上的！
计算机的主要部件PPT课件
数据传输
数据在各部件之间进行传 输，通过主板和其他接口 进行连接和交互。
计算机的分类
台式机
个人使用的计算机，体 积较大，性能稳定。
笔记本
便携式计算机，适合移 动办公和学习。
平板电脑
无键盘和鼠标的触控式 计算机，操作简便。
工作站
高性能的专业计算机， 用于处理复杂的数据和
图形。
02 中央处理器(CPU)
输入设备
用于向计算机输入数据和命令， 如键盘、鼠标、扫描仪等。
存储器
用于存储数据和程序，如硬盘、 内存等。
主板
连接和传输各部件之间的信息， 是计算机的骨架。
计算机的工作原理
01
02
03
指令执行
处理器从内存中读取指令 并执行，完成一系列计算 和操作。
数据处理
处理器对数据进行运算和 处理，并将结果存储在内 存或存储器中。
PCI与PCI-E插槽
用于安装不同类型的扩展卡，如显卡、声卡 等。
主板的性能指标
处理器支持
衡量主板能够支持的处理器类型和性能。
扩展能力
主板提供的各种接口和扩展槽的数量 和类型。
内存支持
主板对内存的容量和速度的支持程度。
稳定性和耐用性
主板的质量和可靠性，包括电容、电 阻等电子元件的质量和焊接工艺。
主板的选购建议
04 输入输出设备(I/O)
输入设备
键盘
键盘是最常见的输入设备之一，用于 输入字符和命令。
鼠标
鼠标用于选择、拖动、点击等操作， 是图形界面中不可或缺的输入设备。
扫描仪
扫描仪可以将纸质文档转化为数字格 式，方便存储和传输。
触摸屏
触摸屏是一种新型的输入设备，通过 触摸屏幕进行操作，适用于移动设备 和一些桌面设备。
《计算机的组成》课件
解释中央处理器内部的基本组件，如算术逻辑单元和控制单元。
3 CPU的工作原理
描述CPU是如何执行指令周期和处理程序的。
存储器
1
存储器的种类
介绍不同类型的存储器，如RAM、
存储器的层次结构
2
ROM和磁盘。
解释存储器层次结构，从高速缓存到
辅助存储器。
3
存储器的工作原理
探索存储器如何存储和检索数据的机 制。
解释CPU在计算机 中的作用和功能。
存储器
介绍不同类型的存 储器和它们的层次 结构。
输入输出设备
探索常见的输入输 出设备和它们的工 作原理。
总线
解释总线在计算机 中的作用和与硬件 组件之间的连接。
中央处理器（CPU）
1 CPU的功能
详细介绍中央处理器的功能和任务，如运算和控制指令。
2 CPU的组成
2 计算机网络的基本概念
概述计算机网络的类型和拓扑结构。
3 计算机技术的应用领域
探索计算机技术在各行各业的广泛应用。
计算机网络
计算机网络的概念
介绍计算机网络的基本定义和网络之间的连 接方式。
计算机网络的拓扑结构
解释计算机网络的物理和逻辑结构，如星型 和总线拓扑。
计算机网络的分类
探索不同类型的计算机网络，如局域网和广 域网。
计算机网络的协议
详细描述网络通信中使用的协议和标准。
小结
1 计算机的组成和工作原理
总结计算机的硬件组成和工作过程。
3 总线的作用
4 总线传输的特点
解释总线如何传输数据和信号，使得硬件 组件可以相互通信。
探索总线传输数据的速度、带宽和可靠性。
计算机的工作原理
1
计算机的启动过程
3 CPU的工作原理
描述CPU是如何执行指令周期和处理程序的。
存储器
1
存储器的种类
介绍不同类型的存储器，如RAM、
存储器的层次结构
2
ROM和磁盘。
解释存储器层次结构，从高速缓存到
辅助存储器。
3
存储器的工作原理
探索存储器如何存储和检索数据的机 制。
解释CPU在计算机 中的作用和功能。
存储器
介绍不同类型的存 储器和它们的层次 结构。
输入输出设备
探索常见的输入输 出设备和它们的工 作原理。
总线
解释总线在计算机 中的作用和与硬件 组件之间的连接。
中央处理器（CPU）
1 CPU的功能
详细介绍中央处理器的功能和任务，如运算和控制指令。
2 CPU的组成
2 计算机网络的基本概念
概述计算机网络的类型和拓扑结构。
3 计算机技术的应用领域
探索计算机技术在各行各业的广泛应用。
计算机网络
计算机网络的概念
介绍计算机网络的基本定义和网络之间的连 接方式。
计算机网络的拓扑结构
解释计算机网络的物理和逻辑结构，如星型 和总线拓扑。
计算机网络的分类
探索不同类型的计算机网络，如局域网和广 域网。
计算机网络的协议
详细描述网络通信中使用的协议和标准。
小结
1 计算机的组成和工作原理
总结计算机的硬件组成和工作过程。
3 总线的作用
4 总线传输的特点
解释总线如何传输数据和信号，使得硬件 组件可以相互通信。
探索总线传输数据的速度、带宽和可靠性。
计算机的工作原理
1
计算机的启动过程