计算机组成原理白中英主编课件ch

设计阶段
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
压力测试
通过模拟极端负载情况来测试计算机 的性能, 如高并发、大数据量等。
TCP/IP协议族 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）协议族是当前最广泛使用的网络协议族, 它包括TCP、IP、UDP等协议, 实现了互联网中不同计算机之间的通信和信息交换。
网络安全与防护
网络安全概述
网络安全是指保护网络系统免受未经授权的访问、破坏、泄露、 篡改等威胁, 保障网络的正常运行和服务。
常见的网络安全威胁
常见的网络安全威胁包括病毒、木马、蠕虫、黑客攻击、拒绝服务 攻击等。
网络安全防护技术
网络安全防护技术包括防火墙、入侵检测与防御、安全扫描、数据 加密等，可以有效地提高网络的安全性和可靠性。
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指令系统概述
指令系统的定义
指令系统是计算机硬件与软件之间的接口, 它规定了计算机 执行的基本操作。
指令系统的分类
根据指令的操作数数量, 可以将指令系统分为单操作数指令和双操作数指 令；根据指令的执行方式, 可以将指令系统分为串行指令和并行指令。
指令系统的功能
指令系统需要实现算术运算、逻辑运算、数据传输、控制 流程转移等基本功能。
的翻译。
数据库管理系统
用于存储、检索和管理大量数 据。
网络软件
支持计算机之间的通信和信息 共享。
应用软件
办公软件
图像处理软件
如文字处理、电子表格、 演示文稿等, 用于日常办
公。
用于编辑、处理和美化 图片。
多媒体软件
用于制作和处理音频、 视频等多媒体内容。
游戏软件
提供娱乐和休闲功能。
软件开发与维护
计算机语言
包括机器语言、汇编语言 和高级语言, 高级语言又 分为面向过程的语言和面 向对象的语言。
计算机工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行 运算和存储, 因为二进制只有0和1 两种状态, 易于实现且运算规则简
单。
指令执行过程
计算机通过执行存储在内存中的指 令来工作, 每条指令完成一个操作, 如加法、减法、跳转等。
稳定性测试
通过长时间运行测试程序来评估计算 机的稳定性, 如烤机测试、疲劳测试 等。
计算机性能优化技术
硬件优化
通过升级硬件设备来提高计算机性能，如增 加内存、更换更快的硬盘等。
系统优化
通过优化操作系统配置来提高计算机性能， 如文件系统优化、网络配置优化等。
软件优化
通过优化软件程序来提高计算机性能，如算 法优化、代码优化等。
互联网与云计算时代
20世纪90年代至今, 互联网的发展使计算机不再局限于单 机应用, 云计算技术使计算资源得到更高效的利用。
计算机系统组成
01
02
03ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
硬件系统
包括运算器、控制器、存 储器、输入输出设备等部 分。
软件系统
包括系统软件和应用软件, 系统软件包括操作系统、 编译器等, 应用软件包括 办公软件、游戏等。
指令格式与寻址方式
指令格式
指令格式包括操作码和地址码两 部分, 操作码指定了要执行的操作, 地址码指定了操作数所在的位置。
寻址方式
寻址方式是指确定操作数所在位 置的方法, 常见的寻址方式有立即 寻址、寄存器寻址、内存寻址等。
指令长度
指令长度是指一条指令所占用的 二进制位数, 根据不同的需求, 指 令长度可以是固定的或者可变的。
存储器的基本工作原理是利用半导体材料制 成的晶体管来实现数据的存储和读取。
输入输出设备
定义
输入输出设备是计算机中用于输入和输出数据的部件, 如键盘、鼠标、 显示器等。
功能
输入输出设备的主要功能是将用户与计算机进行交互, 将用户输入的 数据传输到计算机中, 将计算机输出的数据呈现给用户。
分类
输入输出设备可以分为模拟输入输出设备和数字输入输出设备两类。
汇编语言程序设计
汇编语言的定义
汇编语言是一种低级语言, 它使用助记符来表示机器指令, 使得程序员可以更加方便地编写程序。
汇编语言的语法
汇编语言的语法包括操作码、操作数和注释三部分, 其中操作码指定了要执行的操作, 操作数指定了 操作数的值或者地址, 注释用来对代码进行说明。
汇编语言的应用
汇编语言主要用于系统软件、嵌入式系统、游戏开发等领域, 使用汇编语言可以编写出高效、精简的 程序。
计算机网络分类
根据不同的分类标准, 可以将计算机网络分为广域网、局 域网、城域网等类型, 也可以分为有线网、无线网等类型。
网络协议与体系结构
网络协议
网络协议是计算机网络中进行通信和信息交换所遵循的规则和约定, 包括语法、语义和时序三个部分。
OSI参考模型
OSI（Open Systems Interconnection）参考模型是国际标准化组织制定的计算机网络体系结构模型, 它将网络协议分为 七个层次, 分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
发展历程
随着技术的不断发展, CPU的制造工艺和性能也在不断提升, 从最初的晶体管到现在的纳米级别, CPU的性能和功能也越 来越强大。
存储器
定义
功能
存储器是计算机中用于存储数据和程序的部 件, 分为内存储器和外存储器两类。
存储器的主要功能是存储数据和程序, 供CPU 读取和执行。
组成
工作原理
内存储器包括随机存取存储器（RAM）和只 读存储器（ROM）, 外存储器包括硬盘、光 盘、U盘等。
1946年, 第一台电子计算机ENIAC诞生, 采用电子管为主要 元件。
晶体管计算机时代
20世纪50年代, 晶体管取代电子管, 体积减小, 运算速度提 高。
小型化与集成电路时代
20世纪60-70年代, 集成电路的出现使计算机变得更加小 型化。
个人计算机时代
20世纪80年代, 随着微处理器和操作系统的出现, 个人计 算机普及。
散热优化
通过改进散热系统来降低计算机温度，从而 提高其性能和稳定性。
06 计算机网络与安全
计算机网络概述
计算机网络定义
计算机网络是指通过传输介质和网络协议, 将分散的、具 有独立功能的计算机系统连接起来, 实现信息交换和资源 共享的系统。
计算机网络发展历程 计算机网络经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展过 程, 大致可以分为面向终端的计算机网络、ARPANET与 TCP/IP、互联网三个阶段。
工作原理
总线的基本工作原理是通过多个晶体管的 状态变化来传输数据, 主板则是利用各种 插座和插槽来连接各个部件。
03 计算机软件组成
系统软件
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04
操作系统
用于管理计算机硬件和软件资 源, 提供用户与计算机之间的
接口。
编译器和解释器
将源代码转换成目标代码或直 接执行源代码, 实现程序语言
计算机组成原理（白中英主编）课 件
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目录
• 计算机系统概述 • 计算机硬件组成 • 计算机软件组成 • 指令系统与汇编语言 • 计算机性能评价 • 计算机网络与安全
01 计算机系统概述
计算机发展历程
机械计算机时代
17世纪-19世纪, 利用齿轮等机械部件实现算术和逻辑运 算。
电子计算机时代
05 计算机性能评价
计算机性能指标
运算速度 指计算机执行算术运算和逻辑运算的速 度, 通常用每秒钟执行的指令数或运算
次数来衡量。 可靠性
指计算机在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力, 通常用平均故
障间隔时间来衡量。
存储容量 指计算机存储器能够存储的数据量, 通常用字节数、千字节数、兆字节数 等来衡量。