计算机的基本组成部分及其工作原理 PPT
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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
计算机系统的组成及工作原理课件
控制器:
控制器是统一指挥和控制计算机各个部 分协调操作的中心部件。
第6页,共21页。
中央处理器: 运算器+控制器=中央处理器
第7页,共21页。
第8页,共21页。
中央处理器的功能:
(1)实现数据的算术运算和逻辑运算; (2)实现取指令、分析指令和执行指令操 作的控制; (3)实现异常处理及中断处理等。
第11页,共21页。
内存储器: 简称内存,主要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。
随机存储器(RAM) 分类
只读存储器(ROM)。
第12页,共21页。
随机存储器(RAM):
主要用来随时存储计算机中正在进行处理的数据,这些数 据不仅允许被读取,还允许被修改。重新启动计算机后,RAM 中的信息将全部丢失。我们平常所说的内存容量,指的就是 RAM的容量。
第13页,共21页。
只读存储器(ROM):
它存储的信息一般由计算机厂家确定,通常 是计算机启动时的引导程序、系统的基本输入输 出系统等重要信息,这些信息只能读取,不能修 改。重新启动计算机后,ROM中的信息不会丢失。
第14页,共21页。
存储器存储容量的基本单位:
字节(Byte,简称B)
常用的单位:千字节(KB)、兆字节(MB)、 千
兆字节(GB)。
换算关系:
1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB
第15页,共21页。
输入
输入设备: 将各种信息(如文字、数字、声音、图
象等)传送到计算机中。
常用的输入设备: 键盘、鼠标、扫描仪、 光笔、语音输
入设备。
第16页,共21页。
输出
控制器是统一指挥和控制计算机各个部 分协调操作的中心部件。
第6页,共21页。
中央处理器: 运算器+控制器=中央处理器
第7页,共21页。
第8页,共21页。
中央处理器的功能:
(1)实现数据的算术运算和逻辑运算; (2)实现取指令、分析指令和执行指令操 作的控制; (3)实现异常处理及中断处理等。
第11页,共21页。
内存储器: 简称内存,主要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。
随机存储器(RAM) 分类
只读存储器(ROM)。
第12页,共21页。
随机存储器(RAM):
主要用来随时存储计算机中正在进行处理的数据,这些数 据不仅允许被读取,还允许被修改。重新启动计算机后,RAM 中的信息将全部丢失。我们平常所说的内存容量,指的就是 RAM的容量。
第13页,共21页。
只读存储器(ROM):
它存储的信息一般由计算机厂家确定,通常 是计算机启动时的引导程序、系统的基本输入输 出系统等重要信息,这些信息只能读取,不能修 改。重新启动计算机后,ROM中的信息不会丢失。
第14页,共21页。
存储器存储容量的基本单位:
字节(Byte,简称B)
常用的单位:千字节(KB)、兆字节(MB)、 千
兆字节(GB)。
换算关系:
1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB
第15页,共21页。
输入
输入设备: 将各种信息(如文字、数字、声音、图
象等)传送到计算机中。
常用的输入设备: 键盘、鼠标、扫描仪、 光笔、语音输
入设备。
第16页,共21页。
输出
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
计算机组成原理(本全PPT)
应用
用作固件存储,如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线,内部总线连接 计算机内部各部件,外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接,实现数据传输和控制信号传递 ;保障系统的稳定性和可靠性;提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务,适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器,实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输,适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器,成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下,适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
用作固件存储,如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线,内部总线连接 计算机内部各部件,外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接,实现数据传输和控制信号传递 ;保障系统的稳定性和可靠性;提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务,适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器,实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输,适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器,成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下,适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机的基本工作原理ppt课件
二进制与计算机
实际上,计算机仅仅是一台机器,只认识“0”和“1”这两
个数字的机器,所以在机器内部,所有的信息的表示、存 储、处理、输出均采用二进制的形式。
输入计算机的所有信息,都必须先转化成二进制 编码,才能被计算机识别。
二进制与计算机
利用二进制代码,在黑 点部分用“1”表示,在白 点部分用“0”表示,通过 这种方式可以将一幅图画转 化为计算机能够识别的二进 制代码。
存放1、一在个计汉算字机的中空打间开要“附2字件节”(中B的)“记事本”。
2、输入“computer”一词,保存成一个“txt” 格式的文件,查看文件的大小是多少字节。
1 K3B、(输千入字“节信)息=技1术02”4四B个(汉字字节并)保存成一个
“txt”格式的文件,观察文件的大小是多少字节。
1 MB(兆字节)= 1024 KB(千字节)
4、由此推断一个英文字母需要多少二进制代
1码表GB示(?千一兆个字汉节字)需=要多10少24二M进B(制代兆码字表节示)?
1 TB(太字节)= 1024 GB (千兆字节)
运算器
进行算数运算和逻辑运算的部件。 可执行四则运算比较,判断等操作。
控制器
负责指挥、控制计算机工作的部件称为控制器。 是计算机的神经中枢。
2、一个完整的计算机包括___硬__件_和_软__件____两部分。 3、计算机的硬件存由储__器_____运_、算_器_____控__制、器________、
__输__入__设__备__和_输__出__设__备___等五部分构成。 4、中央处理器的英文缩写CP是U________,它包括计算机
计算机采用二进制的原因:
1.二进制数容易表示。
2.二进制数的运算法则简单。
计算机组成原理(本全PPT)白中英
32
为提高数据的表示精度,当尾数的值不为 0 时,其绝 对值应≥0.5,即尾数域的最高有效位应为1,否则以修 改阶码同时左右移小数点的办法,使其变成这一表 示形式,这称为浮点数的规格化表示。
101.1101=0.1011101×20011=0.010111010×20100
规格化表示为尾数是0.1011101,阶码是0011 而尾数是0.01011101,阶码是0100不是规格化表示。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1>十进制八,十六进制二进制 法则 整数部分:除8(16)取余数 小数部分:乘8(16)取整 重复循环
0≤︱X︱≤2n -1 或: — (2n -1)≤ X≤2n -1 (16位整数范围:— (215 -1)≤ X≤ (215 -1)
25
2、浮点表示法 1>数的浮点表示 其范围和精度部分分别用定点数表示 123.45=1234.5×10-1=12345×10 -2 =123450×10 - 3 4796.54=0 . 479654×104 0.00479654= 0 . 479654×10-2 -0.00479654= -0 . 479654×10-2
27
任意十进制N,可以化为 N=M×10E 其中M为小数,E为整数 一个数S的任意进制表示 (S)R=m×Re m :尾数,是一个纯小数。 e :比例因子的指数,称为浮点的指数,是一个 整数。 R :比例因子的基数,对于二进计数值的机器 是一个常数,一般规定R 为2,8或16。
《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》课件
指令结束
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度,通常以MIPS(百万条 指令每秒)表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质,内存可以分为RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)。RAM又可以分为DRAM(动态 随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器)。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生,占地170平方米,重30吨,运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代,计算机体积缩小,运算速度提高,可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初,微处理器出现,个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今,计算机体积更小,性能更高,应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据,地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址,数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度,通常以MIPS(百万条 指令每秒)表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质,内存可以分为RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)。RAM又可以分为DRAM(动态 随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器)。
谢谢您的聆听
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《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生,占地170平方米,重30吨,运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代,计算机体积缩小,运算速度提高,可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初,微处理器出现,个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今,计算机体积更小,性能更高,应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据,地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址,数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
计算机组成与基本工作原理PPT课件
1、主机
主机是计算机系统的核心,主要由中央处理器 (CPU)、内存、输入输出设备接口(I/O接口)、 总线和扩展槽等构成,通常被封装在主机箱内。
主机机箱外观图
(1)主板
主板(Mother Board, main Board, System Board) 是微型计算机中最大的一块集成电路板,是其它 部件和外部设备的连接载体。
中央处理器CPU
寄存器组
R1 R2 R3 R4
PC 指令 指针 寄存器
地 址 寄存 器 地址总线
运
算 ALU
器
数据暂存器 指令寄存器
数据总线
标志 寄存器
指令译码器 控制电路
CPU结构示意图
控制总线
CPU是计算机的 心脏,用来实现 程序控制功能 (自动从内存中 读入指令和自动 执行指令)。
(3)存储器与存储系统
DRAM
高速度 大容量
矛盾
外存 外存
外存
1 2 ... n
低成本 外存 硬盘、光):度量数据的最小单位 字节(Byte):最常用的基本单位
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 0 0 1 0 1 0 1 =27+ 24+ 22+ 20 =149
K 字节
(2)中央处理器
中央处理器CPU(Central Processing Unit)又称 中央处理单元。
CPU由控制器和运算器组成,通常集中在一块芯 片上,是计算机系统的核心设备。
计算机以CPU为中心,输入和输出设备与存储器 之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。
中央处理器组成之
只读存储器ROM
存放系统初始化程序、操作系统引入程序、多种硬件驱动程序等。 特点:只能读出原有的内容,不能由用户再写入新内容。 原来存储的内容是由厂家一次性写入的,并永久保存下来。
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
常见输入输出接口类型和特点比较
要点一
常见输入输出接口类型
要点二
特点比较
常见的输入输出接口类型包括PS/2接口、USB接口、HDMI 接口、DisplayPort接口、SATA接口等。
不同的输入输出接口类型具有不同的特点,如传输速度、支 持热插拔、连接方式等。例如,USB接口支持热插拔和即插 即用,而SATA接口则主要用于连接硬盘和光驱等存储设备。
定点数表示与运算方法
定点数表示方法
阐述定点数的表示方法,包括符号位、 数值位等,并介绍定点数的范围及精 度。
定点数加减运算
详细讲解定点数的加减运算方法,包 括补码加减运算等。
定点数乘除运算
介绍定点数的乘除运算方法,包括原 码乘除、补码乘除等算法。
定点数运算器的设计
阐述定点数运算器的设计原理和实现 方法,包括加法器、减法器、乘法器 和除法器等。
当中断发生时,计算机首先保存当前程序的执行状态,然后转去执行中断处理程序。中断处理程序执行完毕 后,计算机再返回原程序继续执行。这个过程需要由计算机的操作系统来管理和控制。
THANK YOU
指令系统设计原则和优化策略
有效性原则
指令系统应能有效地支持高级 语言的实现,提高程序执行效 率。
兼容性原则
新设计的指令系统应尽可能与 已有的指令系统保持兼容。
完备性原则
指令系统应满足程序设计的各 种需求,具备完备性。
规整性原则
指令系统应尽可能规整,简化 硬件实现和软件编程。
优化策略
采用流水线技术、超标量技术、 乱序执行技术等优化策略,提 高指令执行速度和效率。
高速缓冲存储器(Cache)原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器,它位于CPU和内存之间,用于存储CPU最近访问过的数 据和指令。通过Cache技术,可以提高CPU访问内存的效率和速度。
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❖ 计算机的基本工作原理是冯·诺依曼原理,其 思想概括为如下3点:
1.用二形式表示数据和指令。 2.采用存储程序方式 3.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备
和输出设备5部分组成。
3.1.2 计算机软件系统的组成
❖ 1、系统软件 ❖ 2、应用软件
3.1.2 系统软件
❖ 1)操作系统: 是计算机的最基本的系统软件,对计算机 的所有操作都要在操作系统的支持下才能 进行。 是为了合理、方便地利用计算机系统,而 对其硬件资源和软件资源进行管理和控制 的软件。 操作系统具有处理机管理(进程管理)、存储 管理、设备管理、文件管理和作业管理等5 大功能,由它来负责对计算机的全部软件 和硬件资源进行分配、控制、调度和回收。
辅助教学软件(CAI)等
3.1.2 应用软件
❖ 系统软件与应用软件: 系统软件是以利用计算机本身的逻辑功 能,合理地组织用户使用计算机的硬件 和软件资源,以充分利用计算机的资源, 最大限度地发挥计算机效率,便于用户 使用、管理为目的。
而应用软件是用户利用计算机和它所提 供的系统软件,为解决自身的、特定的 实际问题而编制的程序和文档。
3.1.2 应用软件
❖ 应用软件是为计算机在特定领域中的应用而 开发的专用软件,由各种应用系统、软件包 和用户程序组成。 应用软件是用户利用计算机和它所提供的系 统软件,为解决自身的、特定的实际问题而 编制的程序和文档。
3.1.2 应用软件
❖ 文字处理软件。如WPS,WORD等 ❖ 电子表格软件。如Excel Lotus等 ❖ 信息管理软件。 如各种管理信息系统 ❖ 图像处理软件。如Photoshop,3dsMax等 ❖ 其他应用软件。如辅助设计软件(CAD)、
3.1.2 应用软件
❖ 电子计算机系统的硬件和软件的关系: 硬件和软件是相辅相成的两个部分。 硬件是计算机系统的物质基础,而软件是 硬件功能的扩充与完善。 离开硬件,软件无处栖身,也无法工作。 没有软件支持的硬件称之为裸机,也只是 一堆废铁。 所以说:硬件是躯体,软件是灵魂。
3.1.2 系统软件
❖ (2)计算机汇编语言 用助记符来表示机器的操作码,用8或16进制来表 示操作数,这种语言就叫汇编语言。用汇编语言编 写的程序就叫汇编语言程序。 汇编语言计算机并不能直接地识别,因此,需要用 一个机器语言编写的程序把汇编语言程序“翻译” 成机器目标程序,这个“翻译”程序就是汇编程序。 汇编语言是一种面向机器的程序,难以移植。
3.1.2 系统软件
❖ (1)计算机机器语言 用二进制代码表示的语言,是计算机唯一可以直接识别和执 行的语言。 机器语言所编写的指令计算机能直接接受,这种代码称为机 器指令。 一条机器指令用来控制计算机进行一个具体的操作,一般包 括了操作码和地址码(操作数)两部分。它告诉计算机应进行 什么运算,哪些数参加运算,这些数存放在哪里,计算机结 果送到哪里等。 机器语言直接、简洁、运算速度快。但直观性差,非常容易 出错,程序的检查和调试都比较困难,而且对机器有依赖性。
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 一种接近于自然语言,又可以使用数学表达式,还 相对独立于机器的工作方式。 高级语言并不能被机器所识别,必须要有一个能将 高级语言程序“翻译”成计算机所能识别的机器语 言目标程序的翻译程序。 被编译的程序叫源程序或源代码,经过翻译程序 “翻译”出来的结果程序称为目标程序。翻译程序 通常有编译和解释两种典型的实现途径。
3.1.2 系统软件
❖ (4)语言的分类
语言级别上分:
❖高级语言 ❖低级语言
语言的特点和应用范围
❖面向机器 ❖面向过程 ❖面向对象
3.1.2 系统软件
❖ 4)数据库管理系统 数据库是以一定组织方式存储起来且具有相关性的 数据的集合。 它具有冗余度小,独立于任何应用程序而存在,可 以为多种不同的应用程序共享的特点。 数据库管理系统(DBMS)是对数据库中的资源进行 统一管理和控制的软件,是数据库系统的核心,是 进行数据处理的有利工具。 如:FoxPro、SQLServer、Visual FoxPro
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 编译方式是用编译程序把用户高级语言源程序 整个地翻译成机器指令表示的程序,然后再执 行这个目标程序,最后得到计算机结果。 解释方式是用解释程序把用户高级语言源程序 逐句地进行翻译,译出一句即执行一句,边解 释边执行。 高级语言的出现是计算机发展中“最惊人的成 就”,高级语言不再依赖于机器,具有通用性。
机
外存储器——硬盘、软盘、光盘
系
操作系统 编译系统
统
系统软件
数据库管理系统 支撑软件
软件
文字处理软件 信息管理软件
应用软件 图形软件 辅助设计软件
各种程序包
表解题步骤和数据记录在横格纸上
3.1.1 计算机系统的组成
计算机硬件分为5大部分: ①运算器 ②控制器 ③存储器 ④输入设备 ⑤输出设备
计算机基本工作原理
❖ 3.4 微型计算机的硬件基础
3.1 计算机系统的组成
❖ 3.1.1 计算机的硬件系统及基本工作原理 ❖ 3.1.2 计算机软件系统
3.1 计算机系统的组成
主机
中央处理器(CPU)
运算器 控制器
内存储器 只读存储器(ROM)
硬件
随机存储器(RAM)
输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪
计 算
外部设备 输出设备——显示器、打印机、绘图仪
第4讲 目的要求
使学生掌握计算机的基本组成部分及其工作原理 教学重点
计算机的硬件组成 教学难点
计算机的工作原理 教学课时
4课时 教学方法
课堂讲授2课时,上机2课时 教学内容
第三章 计算机系统的组成及工作原 理
❖ 3.1 计算机系统的组成
❖ 3.2 计算机基本工作原理
❖ 3.3 指令和指令系统
3.1.2 系统软件
❖ 2)支撑软件 是支持其他软件的编制和维护的软件,是为 了对计算机系统进行测试、诊断和排除故障, 进行文件的编辑、传送、装配、显示、调试, 以及进行计算机病毒检测、防治等的程序。
3.1.2 系统软件
❖ 3)编译系统 要使计算机能够按照人的意图去工作, 就必须使计算机能接受人向它发出的各 种命令和信息,这就需要有用来进行人 和计算机交换信息的“语言”。 计算机语言有: 机器语言 汇编语言 高级程序设计语言。
1.用二形式表示数据和指令。 2.采用存储程序方式 3.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备
和输出设备5部分组成。
3.1.2 计算机软件系统的组成
❖ 1、系统软件 ❖ 2、应用软件
3.1.2 系统软件
❖ 1)操作系统: 是计算机的最基本的系统软件,对计算机 的所有操作都要在操作系统的支持下才能 进行。 是为了合理、方便地利用计算机系统,而 对其硬件资源和软件资源进行管理和控制 的软件。 操作系统具有处理机管理(进程管理)、存储 管理、设备管理、文件管理和作业管理等5 大功能,由它来负责对计算机的全部软件 和硬件资源进行分配、控制、调度和回收。
辅助教学软件(CAI)等
3.1.2 应用软件
❖ 系统软件与应用软件: 系统软件是以利用计算机本身的逻辑功 能,合理地组织用户使用计算机的硬件 和软件资源,以充分利用计算机的资源, 最大限度地发挥计算机效率,便于用户 使用、管理为目的。
而应用软件是用户利用计算机和它所提 供的系统软件,为解决自身的、特定的 实际问题而编制的程序和文档。
3.1.2 应用软件
❖ 应用软件是为计算机在特定领域中的应用而 开发的专用软件,由各种应用系统、软件包 和用户程序组成。 应用软件是用户利用计算机和它所提供的系 统软件,为解决自身的、特定的实际问题而 编制的程序和文档。
3.1.2 应用软件
❖ 文字处理软件。如WPS,WORD等 ❖ 电子表格软件。如Excel Lotus等 ❖ 信息管理软件。 如各种管理信息系统 ❖ 图像处理软件。如Photoshop,3dsMax等 ❖ 其他应用软件。如辅助设计软件(CAD)、
3.1.2 应用软件
❖ 电子计算机系统的硬件和软件的关系: 硬件和软件是相辅相成的两个部分。 硬件是计算机系统的物质基础,而软件是 硬件功能的扩充与完善。 离开硬件,软件无处栖身,也无法工作。 没有软件支持的硬件称之为裸机,也只是 一堆废铁。 所以说:硬件是躯体,软件是灵魂。
3.1.2 系统软件
❖ (2)计算机汇编语言 用助记符来表示机器的操作码,用8或16进制来表 示操作数,这种语言就叫汇编语言。用汇编语言编 写的程序就叫汇编语言程序。 汇编语言计算机并不能直接地识别,因此,需要用 一个机器语言编写的程序把汇编语言程序“翻译” 成机器目标程序,这个“翻译”程序就是汇编程序。 汇编语言是一种面向机器的程序,难以移植。
3.1.2 系统软件
❖ (1)计算机机器语言 用二进制代码表示的语言,是计算机唯一可以直接识别和执 行的语言。 机器语言所编写的指令计算机能直接接受,这种代码称为机 器指令。 一条机器指令用来控制计算机进行一个具体的操作,一般包 括了操作码和地址码(操作数)两部分。它告诉计算机应进行 什么运算,哪些数参加运算,这些数存放在哪里,计算机结 果送到哪里等。 机器语言直接、简洁、运算速度快。但直观性差,非常容易 出错,程序的检查和调试都比较困难,而且对机器有依赖性。
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 一种接近于自然语言,又可以使用数学表达式,还 相对独立于机器的工作方式。 高级语言并不能被机器所识别,必须要有一个能将 高级语言程序“翻译”成计算机所能识别的机器语 言目标程序的翻译程序。 被编译的程序叫源程序或源代码,经过翻译程序 “翻译”出来的结果程序称为目标程序。翻译程序 通常有编译和解释两种典型的实现途径。
3.1.2 系统软件
❖ (4)语言的分类
语言级别上分:
❖高级语言 ❖低级语言
语言的特点和应用范围
❖面向机器 ❖面向过程 ❖面向对象
3.1.2 系统软件
❖ 4)数据库管理系统 数据库是以一定组织方式存储起来且具有相关性的 数据的集合。 它具有冗余度小,独立于任何应用程序而存在,可 以为多种不同的应用程序共享的特点。 数据库管理系统(DBMS)是对数据库中的资源进行 统一管理和控制的软件,是数据库系统的核心,是 进行数据处理的有利工具。 如:FoxPro、SQLServer、Visual FoxPro
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 编译方式是用编译程序把用户高级语言源程序 整个地翻译成机器指令表示的程序,然后再执 行这个目标程序,最后得到计算机结果。 解释方式是用解释程序把用户高级语言源程序 逐句地进行翻译,译出一句即执行一句,边解 释边执行。 高级语言的出现是计算机发展中“最惊人的成 就”,高级语言不再依赖于机器,具有通用性。
机
外存储器——硬盘、软盘、光盘
系
操作系统 编译系统
统
系统软件
数据库管理系统 支撑软件
软件
文字处理软件 信息管理软件
应用软件 图形软件 辅助设计软件
各种程序包
表解题步骤和数据记录在横格纸上
3.1.1 计算机系统的组成
计算机硬件分为5大部分: ①运算器 ②控制器 ③存储器 ④输入设备 ⑤输出设备
计算机基本工作原理
❖ 3.4 微型计算机的硬件基础
3.1 计算机系统的组成
❖ 3.1.1 计算机的硬件系统及基本工作原理 ❖ 3.1.2 计算机软件系统
3.1 计算机系统的组成
主机
中央处理器(CPU)
运算器 控制器
内存储器 只读存储器(ROM)
硬件
随机存储器(RAM)
输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪
计 算
外部设备 输出设备——显示器、打印机、绘图仪
第4讲 目的要求
使学生掌握计算机的基本组成部分及其工作原理 教学重点
计算机的硬件组成 教学难点
计算机的工作原理 教学课时
4课时 教学方法
课堂讲授2课时,上机2课时 教学内容
第三章 计算机系统的组成及工作原 理
❖ 3.1 计算机系统的组成
❖ 3.2 计算机基本工作原理
❖ 3.3 指令和指令系统
3.1.2 系统软件
❖ 2)支撑软件 是支持其他软件的编制和维护的软件,是为 了对计算机系统进行测试、诊断和排除故障, 进行文件的编辑、传送、装配、显示、调试, 以及进行计算机病毒检测、防治等的程序。
3.1.2 系统软件
❖ 3)编译系统 要使计算机能够按照人的意图去工作, 就必须使计算机能接受人向它发出的各 种命令和信息,这就需要有用来进行人 和计算机交换信息的“语言”。 计算机语言有: 机器语言 汇编语言 高级程序设计语言。