北航计算机组成原理课件(01)

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计算机组成原理第1章PPT课件

计算机组成原理第1章PPT课件

3.数据传输率与数据通路宽度 (1)数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 (2)数据传输率(带宽):数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
(B/S)
主存带宽 =?
4.存储容量
1)主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统:对地址码译码,选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器:完成读/写操作,暂 存读/写数据。 控制线路:产生读/写时序,控制读/写操作。 3)讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
(3) 输入/输出设备 1)功能:转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 (1)以总线为基础的系统结构 特点:结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
(2)采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统(图1-6)
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关,它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 (1)定点/浮点四则运算时间
(2)每秒平均执行的指令条数(MIPS) (3)CPU时钟频率(Hz)
5M 100M 1G 2.0G 3.2G (4)典型程序执行时间 (5)每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序

计算机组成原理(本全)课件

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。

北航 计算机组成原理 第一部分:概述

北航 计算机组成原理 第一部分:概述
20
2.1 无符号数和有符号数
❖有符号数
➢ 数的实例:+ 0.1010110, - 0.1101001,+ 1001.001, -1101101
❖ 机器数表示
➢ 数的正负问题:设符号位,“0”表示“正”,“1”表示“负”, 固定为编码的最高位
➢ 真值0怎么办:正零,负零 ➢ 小数点怎么办:固定小数点 (即 定点数)
操作数地址
11010101 10000100 01010001 10100000
❖程序:在此特指一段机器指令序列。
➢完成一定的功能,采用某种算法,具备一定的流程; ➢计算机按照程序所规定的流程和指令顺序,一条一条地执行指令,达到
完成程序所规定的功能的目的。
➢计算机采用程序计算器(Program Counter)来决定指令执行的顺序。
➢数的符号:正数、负数、零 ➢数的形态:整数、小数、小数点的性质; ➢数的绝对值
字符:字母A(ASCII码)
01000001
整数:65 小数:0.253906
19
2.1 无符号数和有符号数
❖无符号数
➢ 数的编码中所有位均为数值位 ➢ 只能表示 >=0 的正整数 ➢ 16为无符号数的表示范围: 0 ~ 65535
L2 Cache
MBus
L64852 MBus control
M-S Adapter
SBus
SBus
DMA
SCSI Ethernet
SBus Cards
DRAM Controller
STDIO
serial kbd mouse audio RTC Floppy
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第一部分:概述
一. 计算机组成与结构简介

最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件

最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件

(3)控制器 *功能:指挥及控制各部件协调地工作,以实现程序执行过程
*程序执行过程: ①循环的指令执行过程(取指令及执行指令); ②下条指令地址由当前指令产生(按程序逻辑顺序)
取指阶段 取指令
分析指令
执行阶段 执行指令
指令地址 寄存器PC
指令内容 指令译码
寄存器IR
器ID
存储器
10
功能部件
+“1”
寄存器 组(堆)
ALU
Func
累加器型运算器
*(AC)+[Y]→AC的运算过程:
(0) (AC)为被加数
寄存器型运算器 存储器
(1) 加数[Y]→TEMP
TEMP
(2) (AC)+(TEMP) (3) ALU结果→AC
AC
ALU
Func
△约定:(X)表示寄存器X中内容,[Y]表示存储单元Y中内容
15
……
*组成:
地 址 地址 译 码 器 命令
数据
存储阵列
…… I/O电路
0 1 … w-1
0 1


n-1

存储字长W
0

1

存储字 n-1
*术语:存储元件(存储元)—可存储一个二进制位的元件;
存储单元—可同时存储一串二进制位的元件; 存储字—存储单元内存储的二进制编码;
存储阵列—所有存储单元的集合 存储单元地址—每个存储单元被赋予的惟一编号 存储容量—存储阵列可存储的二进制位数
指令内容
程序 逻辑顺序
A+0
int nCount=0; ⑴
A+1
int nSum=0; ⑵
A+2 LP: nSum+=nCount; ⑶ ⑹ ⑼

计算机组成原理(本全PPT)

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

计算机组成原理第1章ppt课件

计算机组成原理第1章ppt课件
和电路实现。
浮点数的表示与运算
浮点数的概念
浮点数是指小数点位置可以浮 动的数,用于表示更大范围、
更高精度的数值。
浮点数的表示方法
通常采用IEEE 754标准表示, 包括符号位、指数位和尾数位 。
浮点数的加减运算
需要进行对阶、尾数加减、规 格化等步骤,同时处理溢出和 舍入等问题。
浮点数的乘除运算
需要设计高效的算法和电路实 现,包括浮点乘法、浮点除法
地址译码器
将地址寄存器中的地址转换为对 应存储单元的选择信号。
存储体
由大量存储单元组成,每个存储 单元可存放一个字节或多个字节 的数据。
读写控制电路
根据CPU的命令控制存储器的读 写操作。
主存储器的性能指标与优化
存储容量
主存储器可以容纳的二进制信息量,通常以字节(Byte)为单位进 行衡量。
存取时间
逻辑门电路
基本逻辑门电路
介绍与门、或门、非门等 基本逻辑门电路的工作原 理和实现方法。
复合逻辑门电路
讲解与非门、或非门、异 或门等复合逻辑门电路的 工作原理和实现方法。
逻辑门电路的应用
介绍逻辑门电路在数字电 路中的应用,如组合逻辑 电路的设计和实现等。
03
计算机中的数据表示
数值数据的表示
定点数表示法
计算机的发展
计算机经历了从机械式计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算 机到超大规模集成电路计算机的五个发展阶段。
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,是计算机的物理基
础。
软件系统
包括系统软件和应用软件,是计算 机的逻辑基础。
数据
是计算机处理的对象,包括数值数 据、非数值数据和多媒体数据等。

北航计算机组成原理讲义-1

北航计算机组成原理讲义-1

指令周期:指令执行的时间,包括取指令、
分析指令、执行指令所需的时间。
机器周期:指令周期按功能分成几个不同的
阶段,每个阶段所需的时间,称为一个机器
周期。比如取指周期,取数周期等。
节拍周期:也是时钟周期,微操作执行的时
间。
时钟脉冲信号:计算机系统的基本定时信号,
是其他时序信号的基准
一个指令周期 = N 个机器周期
Memory)
•运算器+控制器=CPU(Central Process Unit)
计算机组成(2)
存储器
保存程序和数据 存储单元(bit, Byte, Word) 地址的概念(每一个字节单元一个唯一的地址) 存储器的工作方式:读、写 组成:存储体+地址缓冲部件+数据缓冲部件+读写控制部件 存储器的层次:Cache + RAM + Disk + Tape
L64852 MBus control
M-S Adapter
SBus
SBus
DMA
SCSI Ethernet
SBus Cards
STDIO
serial kbd mouse audio RTC
Floppy
计算机的工作原理
❖机器指令:计算机硬件可以执行的表示一种基本操作的 二进制代码。
➢指令格式:操作码 + 操作数(操作数地址) ➢操作码:指明指令的操作性质 ➢操作数(地址):指令操作数的位置(或操作数本身)
指令的执行过程:微操作
Q AC Q
Q 微Q操作:计算机可以完成的最基D 本
B的D操作,一条机器指令的执行可以
AND
AC + B
AC
解释为一系列的微操作的执行
A B 操AN作D 性质:对数据进行某种处ALU理

计算机组成原理课件第01章

计算机组成原理课件第01章

操作系统 编译、调试源操程作序系统级
4、机器机器语语言言级(指:令执系行统目) 标代码机器语言级
微程序控制器
5、微硬程核序级:硬对件逻用辑户部透件明
微程序级
图1-4 硬软件组成的层次结构模型
2. 从语言功能角度划分层次结构
程序 专用语言虚拟机
高级语言虚拟机
汇编语言虚拟机 实际机器(机器语言物理机) 图1-5 从语言角度划分的层次结构模型
8) 多机系统 (多个CPU构成多机系统)
二、软件系统 软件:各类程序和文件,是一些触摸不到 的二进制信息。
1. 系统软件:负责系统的调度管理,提供程 序的运行环境和开发环境,为 方便用户使用,提高计算机系 统的效率或扩展硬件功能而编 制的程序。
1) 操作系统:核心,作业调度、处理机调度、存储管 理、文件系统、外围设备管理,任何其 它软件必须在OS的支持下才能运行。
不能直接访问。 高速缓冲:CPU与主存之间,当前正使
用的程序、数据复制于其中,提 高CPU访存速度。 外部设备:I/O设备 总线:主机通过一组总线连接各种I/O设备
外围接口:I/O接口,位于总线与各种I/O设备之间, 起缓冲与连接作用的部件。
1. 以总线为基础的系统结构—小、微型机
采用总线结构实现数据传递-数据通路结构
2. 数据通路宽度: 数据总反线映一了次寄所存能器并、行运传算送的位数。CPU
内部的一般等部于件基、本数字据长总,线而的外位部的取决于系 统总线,可与数内。部硬的件相实等现,基也本可字小于内部的。
内外相长等运:算Int,el8软03件86支,持均实为32位,32位机 外部宽度现小多于字内长部运:算Int。el8088,内16位,
总线BUS: 一组能为多个部件分时共享的公共 信息传送线路。(数据线、地址线、 控制线)

1计算机组成原理(第一到八总章)课件PPT[562页]

1计算机组成原理(第一到八总章)课件PPT[562页]
n 机器数:在计算机内部表示的、连同符号一起数码化了的 数,称为机器数(机器表示的数),通常采用二进制表示
要做三件事
n 区分数据的正负、选择数值的码制、确定小数点的位置
38
二、带符号数的表示方法
n 带符号机器数的符号表示方式(符号)
l 规定:机器字中,最高位为符号位
l 意义:符号位0,表示正数;符号位1,表示负数
16
2、控制器
n 控制器的作用是协调计算机各部件之间的工作。具体讲,控制器从 内存中取出解题步骤(指令),加以分析后执行某种规定的操作。
n 指令的作用是告诉控制器做什么操作,数据从哪里来、结果送到哪 里去。指令由两大部分构成:操作码说明执行什么操作,而地址码 说明数据的来源和去向。
操作码
地址码
n 指令用二进制表示、并预先存放在存储器中,称为存储程序。 n 控制器依据存储的程序控制计算机完成计算任务,称为程序控制。 n 存储程序、程序控制是冯·诺依曼型计算机设计思想的核心。
电子邮件
宣荣喜
88201500 13709187607 rxxuan@
1
课程性质
n “计算机组成原理”是计算机科学与工程技术专业以 及相关电子类专业(如:集成电路专业)的一门核心 课程,是必修的专业基础课。
n 本课程特点是涉及的知识面宽、内容多、更新快,在 基础课和专业课之间起着承上启下的重要作用。
2
课程的目标
n 在单机系统范围内,讨论计算机各部件及其系统的 组成原理和内部工作机制。
n 要求熟练掌握计算机各大部件的组成原理、设计方 法、逻辑实现、以及相互连接构成整机(系统)的 技术。
3
教学内容
第1章 计算机概论 第2章 数据的机器表示 第3章 指令系统 第4章 数值的机器运算 第5章 存储系统 第6章 中央处理器CPU 第7章 输入输出系统(包括总线) 第8章 数据采集技术

北航微机原理第一章

北航微机原理第一章

一、电子计算机1946年问世,先后经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模和超大规模集成电路四代的发展。

二、微处理器(MP):1.指的是由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器(CPU)部件。

在微型计算机中直接用CPU表示微处理器。

2.CPU内部结构归纳起来可分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制器部件三个部分。

相互协调,对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。

按照其处理信息的字长,可分为4.8.16.32.64位处理器。

三、微型计算机(MC):是指以微处理器为核心,配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机四、微型计算机系统(MCS):1.是指以微型计算机为核心,配以相应的外围设备、电源和辅助电路等以及控制微型计算机工作的软件(系统软件和应用软件)所组成的系统。

2.组成:1)硬件系统:计算机的许多重要特性,如快速性、通用性、准确性和逻辑性,都取决于其最主要的结构原理,即存储程序原理,是计算机组织的关键。

根据存储程序原理构造的计算机称为存储程序计算机,由运算器、控制器、输入设备和输出设备组成的。

其特点如下:采用存储程序的方式,程序和数据放在同一存储器中,指令和数据一样可以送到运算器中运算,即由指令组成的程序是可以修改的;数据以二进制码表示;指令由操作码和地址码组成;指令在存储器中按执行顺序存放,由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址微机以运算器为中心,输入/输出设备与存储器间的数据传送是通过运算器实现的。

现代主流的微机硬件系统包括:主机(运算器、控制器和存储器在其内。

主机内的主板是构成复杂电子系统的中心,)、输入设备、输出设备2)软件系统:系统软件和应用软件五、微机硬件系统结构:1.是指按照总体布局的设计要求,将各部件构成某个系统的连接方式。

系统总线是用来传动信息的公共导线,所有的信息都通过总线传送。

2.通常,根据传送信息的内容与作用的不同,可以将系统总线分为数据总线(DB)、地址总线(AB)、控制总线(CB)。

计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)

计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)

I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备;按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口,其中并行接口传 输速度快,但传输距离短,而串行接口传输 速度慢,但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态,效率低下;中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU,提高了 CPU的利用率;DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据,进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段,性能和体积不断得到优化和改进。目 前,计算机已广泛应用于各个领域,成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础,包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ,中央处理器是计算机的核心部件,负责解释和执行指令 ;内存储器用于暂时存储数据和程序;外存储器用于长期 保存数据和程序;输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中;输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制,每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制,每一位上的数码由 0-9和A-F(对应十进制中的10-15)组成,常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法,包括定点整数和定点小数,适用 于表示范围较小的数值。
总线技术

计算机组成原理PPT课件

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。

计算机组成原理概述(Part1)

计算机组成原理概述(Part1)

教材及参考书
教材:《计算机组成原理》(第2版),高等教育出版社,唐朔飞编著 《IBM PC汇编语言程序设计》,清华大学出版社,沈美明编著 《计算机组成原理实验说明书》(学院教学实验中心编) 参考书:《计算机组织与结构(性能设计)》第五版,电子工业出版社 《 Computer Organization & Design-The Hardware / Software Interface》
1.4 计算机总线结构
Sun SPARCstation20(RISC)多总线结构
SuperSPARC
Floating-point Unit Integer Unit
L2 Cache
MBus Module
MBus L64852 MBus control
M-S Adapter
DRAM Controller
简单运算器结构图
1.3 计算机的基本组成
存储器:实现数据存储的部件
保存程序和数据(二进制信息)
存储单元:bit, Byte, Word 地址的概念:每一个字节单元拥有一个唯一的地址(索引) 存储器的工作方式:读、写
存储器结构简图
1.3 计算机的基本组成
控制器:实现控制功能的部件
指令格式:操作码 + 操作数(操作数地址) 操作码:指明指令的操作性质 操作数(地址):指令操作数的位置(或操作数本身)
操作码
操作数地址
11010101 10000100 01010001 10100000 程序:在此特指一段机器指令序列。
完成一定的功能,采用某种算法,具备一定的流程;
计算机按照程序所规定的流程和指令顺序,一条一条地执行指令,达到 完成程序所规定的功能的目的。 计算机采用程序计算器(Program Counter)来决定指令执行的顺序。

北航计算机组成原理课件

北航计算机组成原理课件

操作码
操作数地址
11010101 10000100 01010001 10100000 程序:在此特指一段机器指令序列。
完成一定的功能,采用某种算法,具备一定的流程; 计算机按照程序所规定的流程和指令顺序,一条一条地执行指令,达到 完成程序所规定的功能的目的。 计算机采用程序计算器(Program Counter)来决定指令执行的顺序。
微操作信号 发生器 A B ID GR 存储器
IR
MAR
指令的执行过程
总线
Instruction Fetch
AC 微操作控制信号 PC MBR AC: 累加器 ALU:算术逻辑运算单元 A,B:缓冲器 GR: 通用寄存器 IR: 指令寄存器 ID: 指令译码器 PC: 程序计数器 MAR:地址寄存器 MBR:数据寄存器
08H
0AH 0CH 0EH 10H 12H 14H 16H 18H
ST
04H
Example
Y=ax2+bx-c 假定a,b,c,x均为已知数,且存放在内存中,求y。
指令
ADD
LD SUB MUL ST
操作码
00H
01H 02H 03H 04H
说明
AC (AC)+Mem(Add) AC Mem(Add)
1946年,冯· 诺依曼与同事开始研制 IAS,虽直到
1952年仍未完成,但该机结构被公认为随后发展 起来的通用计算机的原型。
Examples – PC (单总线结构)
普通PC(PC/XT)的内部结构
Examples – PC (多总线结构)
普通PC(Pentium)的内部结构
PCI Slots
运算器+控制器=CPU(Central Process Unit)

计算机组成原理第课件

计算机组成原理第课件

存储容量
指计算机存储器中能够存储的数据量,通常 以字节为单位。
可扩展性
指计算机硬件和软件的可扩展能力,以满足 未来需求。
计算机性能测试
基准测试
通过运行一系列标准化的测试用例,来评估 计算机的性能表现。
压力测试
通过模拟高负载情况下的性能表现,来评估 计算机的稳定性和可靠性。
兼容性测试
测试计算机硬件和软件之间的兼容性,以确 保正常运行。
计算机组成原理课件
目录
• 计算机系统概述 • 硬件组成 • 软件组成 • 指令系统 • 计算机性能评价
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
01
02
03
04
05
机械计算机时代
电子计算机时代
小型化与集成电 路时代
微处理器与个人 计算机时代
互联网与云计算 时代
1940年代以前,使用齿轮 、纸带等机械装置进行计 算。
扩展指令集
在基本指令集的基础上增加扩展指令,提高 处理能力。
寻址方式
立即寻址
操作数直接包含在指令中。
寄存器寻址
操作数存储在寄存器中。
内存寻址
操作数存储在内存单元中,通过地址计算得到。
05
计算机性能评价
计算机性能指标
运算速度
指计算机完成指令操作的速度,通常以每秒 执行多少条指令来衡量。
可靠性
指计算机在规定时间内完成规定任务的能力 ,通常以平均故障时间来衡量。
1940年代初开始,使用真 空管、晶体管等电子元件 进行计算。
1960年代开始,集成电路 使得计算机体积减小,性 能提高。
1970年代开始,微处理器 出现,个人计算机普及。
1990年代开始,互联网的 发展使得计算机不再局限 于单一设备,云计算技术 兴起。

计算机组成原理第一章26页PPT

计算机组成原理第一章26页PPT

运算电路单元
寄存器B
累加器A
02.10.2019
14
1.3计算机的硬件
五、存储器
存储数据和程序(指令)
容量(存储单元、存储单元地址、容量单位)
分类内存(ROM、RAM)、外存 存储器单位:
210 byte=1K 210 K=1M 210 M=1G 210 G=1T
02.10.2019
释程序
系统软件的发展
操作系统 分布式系统软件
02.10.2019
20
1.5计算机系统的层次结构
一、多级计算机系统 计算机不能简单地认为是一种电子设备,
而是一个十分复杂的硬、软件结合而成的整体。 它通常由五个以上不同的级组成,每一级都能 进行程序设计,如图所示。
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1.5计算机系统的层次结构
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1.3计算机的硬件
二、数字计算机基本组成 控制器:人的大脑的操作控制功能 运算器:人的大脑的计算功能 存储器:人的大脑记忆功能 输入设备:交互接口,笔 输出设备:交互接口,纸
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1.3计算机的硬件
三、冯·诺依曼型计算机
存储程序 按地址自动执行 五大部件:包括控制器、运算器、存储器、
其中1K=210,1M=220,1G=230
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件
都放入同一块芯片内的产品,于是,微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008,这
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北航计算机网络课件第章(共119张PPT)

北航计算机网络课件第章(共119张PPT)
例题2:信噪比为30db,带宽为3kHz,最大数据传输率为多少? 波特率与比特率的关系为:
任何一条链路可以同时为多对设备之间的通信服务。
1552 nm
2
最后,在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
介质带宽:传输介质只能传输某些频率范围内的信号。
码分多路复用时根据码型结构的不同来实现信号的分割的多路复用。
B:(-1-1+1-1+1+1+1-1)
❖ 串行特点: 模拟信号:随时间而连续变化的信号
同步时分多路复用、异步时分多路复用
用模拟信号的幅值、频率、相位来代替数字1和0。
❖ 一次一位传输,速度慢,价格便宜 路由是在呼叫时产生的,呼叫结束后线路就固定下来,以后的分组携带虚电路符按这条虚电路传输,不用在路由了。
❖ 数学表达式:x(t)=Asin(2πft+Ф) ❖ 三个参数:振幅,频率,相位
❖ 复杂模拟信号 ❖ 复杂模拟信号可以被分解为多个正弦波的迭加
❖ 数字信号:是离散的、值的变化是瞬时 发生的信号。
❖ 比特间隙:发送一比特所用时间。 ❖ 比特率:每秒钟发送的比特数。单位是bps
❖ 有效带宽:数字信号是由多个频率信号的叠加 而成,如果只传输有重要振幅分量的频率信号, 而输出端能够以合理的精度恢复信号,则这个 上限频率就是有效带宽。
适用于模拟信号。
频率
频率 5 频率 4 频率 3 频率 2 频率 1
时间
②TDM(Time-Division Multiplexing) ❖ 时分多路复用:通过分割时间片来划分信道,
每个时间片由一个复用信号占用。适用于数 字信号。
❖ 两种实现方式:
❖ 同步时分多路复用、异步时分多路复用
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Chapter 1Introduction•Know the difference between computer organization and computer architecture.•Understand units of measure common to computer systems.•Appreciate the evolution of computers.•Understand the computer as a layered system.•Be able to explain the von Neumann architecture and the function of basic computer components.2Why study computer organization and architecture?–Design better programs, including systemsoftware such as compilers, operating systems, and device drivers.–Optimize program behavior.–Evaluate (benchmark) computer systemperformance.–Understand time, space, and price tradeoffs.3•Computer organization–Encompasses all physical aspects of computersystems.–E.g., circuit design, control signals, memory types.–How does a computer work?•Computer architecture–Logical aspects of system implementation as seen bythe programmer.–E.g., instruction sets, instruction formats, data types, addressing modes.–How do I design a computer?4•There is no clear distinction between matters related to computer organization and matters relevant to computer architecture.•Principle of Equivalence of Hardware and Software:–Anything that can be done with software canalso be done with hardware, and anything that can be done with hardware can also be donewith software.** Assuming speed is not a concern.5•At the most basic level, a computer is a device consisting of three pieces:–A processor to interpret and execute programs –A memory to store both data and programs–A mechanism for transferring data to and fromthe outside world.67Consider this advertisement:What does it all mean??Measures of capacity and speed:•Kilo-(K) = 1 thousand = 103and 210•Mega-(M) = 1 million = 106and 220•Giga-(G) = 1 billion = 109and 230•Tera-(T) = 1 trillion = 1012and 240•Peta-(P) = 1 quadrillion = 1015and 250 Whether a metric refers to a power of ten or a power of two typically depends upon what is being measured.8•Hertz = clock cycles per second (frequency)–1MHz = 1,000,000Hz–Processor speeds are measured in MHz or GHz.•Byte = a unit of storage–1KB = 210= 1024 Bytes–1MB = 220= 1,048,576 Bytes–Main memory (RAM) is measured in MB–Disk storage is measured in GB for small systems,TB for large systems.9Measures of time and space:•Milli-(m) = 1 thousandth = 10-3•Micro-( ) = 1 millionth = 10-6•Nano-(n) = 1 billionth = 10-9•Pico-(p) = 1 trillionth = 10-12•Femto-(f) = 1 quadrillionth = 10-1510Time Scalar:•Millisecond = 1 thousandth of a second –Hard disk drive access times are often 10 to 20milliseconds.•Nanosecond = 1 billionth of a second –Main memory access times are often 50 to 70nanoseconds.Size Scalar:•Micron (micrometer) = 1 millionth of a meter –Circuits on computer chips are measured in microns.11•We note that cycle time is the reciprocal of clock frequency.• A bus operating at 133MHz has a cycle time of 7.52 nanoseconds:133,000,000 cycles/second = 7.52ns/cycleNow back to the advertisement ...1213A system bus moves data within thecomputer. The faster the bus the better.This one runs at 133MHz.The microprocessor is the “brain” ofthe system. It executes programinstructions. This one is a Pentium III(Intel) running at 667MHz.•Computers with large main memory capacity can run larger programs with greater speed than computers having small memories.•RAM is an acronym for random access memory. Random access means that memory contents can be accessed directly if you know its location.•Cache is a type of temporary memory that can be accessed faster than RAM.1415… and two levels of cache memory, the level 1 (L1)cache is smaller and (probably) faster than the L2 cache.Note that these cache sizes are measured in KB.This system has 64MB of (fast)synchronous dynamic RAM(SDRAM) . . .16This one can store 30GB. 7200 RPM is the rotational speed of the disk. Generally, the faster a disk rotates, the faster it can deliver data to RAM. (There are many other factors involved.)Hard disk capacity determinesthe amount of data and size ofprograms you can store.17A CD-ROM can store about 650MB of data, making it an ideal medium for distribution of commercialsoftware packages. 48x describes its speed.EIDE stands for enhanced integrated drive electronics , which describes how the hard disk interfaces with (or connects to) other system components.Ports allow movement of databetween a system and its external devices.This system hasfour ports.18•Serial ports send data as a series of pulses along one or two data lines.•Parallel ports send data as a single pulse along at least eight data lines.•USB, universal serial bus, is an intelligent serial interface that is self-configuring. (It supports “plug and play.”)1920System buses can be augmented bydedicated I/O buses. PCI,peripheralcomponent interface, is one such bus.This system has two PCI devices: asound card, and a modem forconnecting to the Internet.21The number of times per second that the image onthe monitor is repainted is its refresh rate.The dotpitch of a monitor tells us how clear the image is.This monitor has a dot pitch of0.28mm and a refresh rate of 85Hz.The graphics card contains memory andprograms that support the monitor.Throughout the remainder of this book you will see how these components work and how they interact with software to make complete computer systems.This statement raises two important questions: What assurance do we have that computercomponents will operate as we expect?And what assurance do we have thatcomputer components will operate together?22•There are many organizations that set computer hardware standards--to include the interoperability of computer components.•Throughout this book, and in your career, you will encounter many of them.•Some of the most important standards-setting groups are . . .23•The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)–Promotes the interests of the worldwide electricalengineering community.–Establishes standards for computer components,data representation, and signaling protocols,among many other things.24•The International Telecommunications Union (ITU)–Concerns itself with the interoperability oftelecommunications systems, including datacommunications and telephony.•National groups establish standards within their respective countries:–The American National Standards Institute (ANSI)–The British Standards Institution (BSI)25•The International Organization for Standardization (ISO)–Establishes worldwide standards for everythingfrom screw threads to photographic film.–Is influential in formulating standards forcomputer hardware and software, including theirmethods of manufacture.Note: ISO is not an acronym. ISO comes from the Greek,isos,meaning “equal.”26•To fully appreciate the computers of today, it is helpful to understand how things got the way they are.•The evolution of computing machinery has taken place over several centuries.•In modern times computer evolution is usually classified into four generations according to the salient technology of the era.We note that many of the following dates are approximate.27•Generation Zero: Mechanical Calculating Machines (1642 -1945)–Calculating Clock -Wilhelm Schickard (1592 -1635).–Pascaline -Blaise Pascal (1623 -1662).–Difference Engine -Charles Babbage (1791 -1871),also designed but never built the Analytical Engine.–Punched card tabulating machines -Herman Hollerith (1860 -1929).Hollerith cards were commonly used forcomputer input well into the 1970s.2829•The First Generation: Vacuum Tube Computers (1945 -1953)–Atanasoff BerryComputer (1937 -1938) solved systemsof linear equations.–John Atanasoff andClifford Berry ofIowa State University.30•The First Generation: Vacuum Tube Computers (1945 -1953)–Electronic NumericalIntegrator andComputer (ENIAC)–John Mauchly and J.Presper Eckert–University ofPennsylvania, 1946The first general-purpose computer .31•The First Generation: Vacuum Tube Computers (1945 -1953)–IBM 650(1955)–Phased outin 1969.The first mass-produced computer .32•The Second Generation: Transistorized Computers (1954 -1965)–IBM 7094 (scientific)and 1401 (business)–Digital EquipmentCorporation (DEC)PDP-1–Univac 1100–. . . and many others.DEC PDP-1•The Third Generation: Integrated Circuit Computers (1965 -1980)–IBM 360–DEC PDP-8 andPDP-11–Cray-1supercomputer–. . . and manyothers.IBM 360Cray-133•The Fourth Generation: VLSI Computers (1980 -????)–Very large scale integrated circuits(VLSI) have more than 10,000components per chip.–Enabled the creation ofmicroprocessors.–The first was the 4-bit Intel 4004.Later versions, such as the 8080, 8086, and 8088 spawned the idea of “personal computing.”Intel 400434•Moore’s Law (1965)–Gordon Moore, Intel founder–“The density of transistors in an integrated circuitwill double every year.”•Contemporary version:–“The density of silicon chips doubles every 18months.”But this “law” cannot hold forever ...35•Rock’s Law–Arthur Rock, Intel financier–“The cost of capital equipment to buildsemiconductors will double every four years.”–In 1968, a new chip plant cost about $12,000.At the time, $12,000 would buy a nice home inthe suburbs.An executive earning $12,000 per year was“making a very comfortable living.”36•Rock’s Law–In 2003, a chip plants under construction willcost over $2.5 billion.$2.5 billion is more than the gross domesticproduct of some small countries, includingBelize, Bhutan, and the Republic of SierraLeone.–For Moore’s Law to hold, Rock’s Law must fall,or vice versa. But no one can say which willgive out first.37•Computers consist of many things besides chips.•Before a computer can do anything worthwhile, it must also use software.•Writing complex programs requires a “divide and conquer” approach, where each program module solves a smaller problem.•Complex computer systems employ a similar technique through a series of virtual machine layers.3839•Each virtual machinelayer is an abstraction ofthe level below it.•The machines at eachlevel execute their ownparticular instructions,calling upon machines atlower levels to performtasks as required.•Computer circuitsultimately carry out thework.•Level 6: The User Level–Program execution and user interface level.–The level with which we are most familiar.•Level 5: High-Level Language Level–The level with which we interact when we writeprograms in languages such as C, Pascal, Lisp, and Java.40•Level 4: Assembly Language Level–Acts upon assembly language produced fromLevel 5, as well as instructions programmeddirectly at this level.•Level 3: System Software Level–Controls executing processes on the system.–Protects system resources.–Assembly language instructions often passthrough Level 3 without modification.41•Level 2: Machine Level–Also known as the Instruction Set Architecture(ISA) Level.–Consists of instructions that are particular to thearchitecture of the machine.–Programs written in machine language need nocompilers, interpreters, or assemblers.42•Level 1: Control Level–A control unit decodes and executes instructions andmoves data through the system.–Control units can be microprogrammed or hardwired.–A microprogram is a program written in a low-levellanguage that is implemented by the hardware.–Hardwired control units consist of hardware that directly executes machine instructions.43•Level 0: Digital Logic Level–This level is where we find digital circuits (the chips).–Digital circuits consist of gates and wires.–These components implement the mathematical logic of all other levels.4445•On the ENIAC, allprogramming wasdone at the digitallogic level.•Programming thecomputer involvedmoving plugs andwires.•Inventors of the ENIAC, John Mauchley and J. Presper Eckert, conceived of a computer that could store instructions in memory.•The invention of this idea has since been ascribed to a mathematician, John von Neumann, who was a contemporary of Mauchley and Eckert.•Stored-program computers have become known as von Neumann Architecture systems.46•Today’s stored-program computers have the following characteristics:–Three hardware systems:•A central processing unit (CPU)•A main memory system•An I/O system–The capacity to carry out sequential instructionprocessing.–A single data path between the CPU and mainmemory.•This single path is known as the von Neumannbottleneck.4748•This is a general depiction of a vonNeumann system:•These computersemploy a fetch-decode-executecycle to runprograms asfollows . . .49•The control unit fetches the next instruction frommemory using the program counter to determine where the instruction is located.50•The instruction is decoded into a language that the ALU can understand.。

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