计算机系统组成与结构PPT第10章
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计算机系统结构多媒体教程课件_第十章 网络技术1
2013-8-31 Grid 3
网格是新一代的信息基础设施
因特网（Internet）是信息传输的信息 基础设施； 网格是在因特网格基础上的信息处理 和信息服务的基础设施： 网格还有一个趋势：即和应用与服务 更密切地结合起来！对于科学技术和我国 四个现代化关系更为直接！
Internet Evolutional Path
2013-8-31 Grid 2
概 论
• 网格是一个通过网络集成的计算等资源环境。 • 网格能够包括各种计算资源、贵重仪器、存储、数 据服务、信息服务等服务资源，并将它们映象成一 种随处按需可得的、可靠的计算和服务能力，动态 地共享资源，构成跨地区、跨学科合作的“虚拟机 构”，并协调地解决问题。 • 网格计算资源主要是指分布的计算机资源--主要指 高性能计算。 • 网格能动态调度资源而组织成一个“虚拟组织” （VO-Virtual Organization）、通过提供Web 服 务和网格服务，来实现资源的共享，将分布的服务 资源组织起来协同解决复杂的科学与工程计算问题。
Computer
2013-8-31
Internet telnet://..., ftp://.. Grid
Computer
5
网格与网络的区别
如果一家老小计划去九寨沟游玩，提前要做的准备工作 有很多，其中包括交通方式、景点选择、天气状况、 日程安排、住宿条件等众多因素。如果准备工作不够 周密，出现了始料不及的情况，那么长时间精心策划 的旅游就可能“泡汤”。 访问网站只能享受一个网站服务的优势。 如果网格成为现实，：打开自己的智能终端、提出自己 的需求，由于网格能把以上提到的诸多方面的服务连 接在一起、形成服务网格，所有一切信息和计划安排 就都会立刻呈现在眼前，一站式服务几乎可以解决所 有难题。用户只需要交付足够的服务费用，就可以享 受网格技术带来的益处。
网格是新一代的信息基础设施
因特网（Internet）是信息传输的信息 基础设施； 网格是在因特网格基础上的信息处理 和信息服务的基础设施： 网格还有一个趋势：即和应用与服务 更密切地结合起来！对于科学技术和我国 四个现代化关系更为直接！
Internet Evolutional Path
2013-8-31 Grid 2
概 论
• 网格是一个通过网络集成的计算等资源环境。 • 网格能够包括各种计算资源、贵重仪器、存储、数 据服务、信息服务等服务资源，并将它们映象成一 种随处按需可得的、可靠的计算和服务能力，动态 地共享资源，构成跨地区、跨学科合作的“虚拟机 构”，并协调地解决问题。 • 网格计算资源主要是指分布的计算机资源--主要指 高性能计算。 • 网格能动态调度资源而组织成一个“虚拟组织” （VO-Virtual Organization）、通过提供Web 服 务和网格服务，来实现资源的共享，将分布的服务 资源组织起来协同解决复杂的科学与工程计算问题。
Computer
2013-8-31
Internet telnet://..., ftp://.. Grid
Computer
5
网格与网络的区别
如果一家老小计划去九寨沟游玩，提前要做的准备工作 有很多，其中包括交通方式、景点选择、天气状况、 日程安排、住宿条件等众多因素。如果准备工作不够 周密，出现了始料不及的情况，那么长时间精心策划 的旅游就可能“泡汤”。 访问网站只能享受一个网站服务的优势。 如果网格成为现实，：打开自己的智能终端、提出自己 的需求，由于网格能把以上提到的诸多方面的服务连 接在一起、形成服务网格，所有一切信息和计划安排 就都会立刻呈现在眼前，一站式服务几乎可以解决所 有难题。用户只需要交付足够的服务费用，就可以享 受网格技术带来的益处。
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
袁春风《计算机组成与系统结构》概要PPT课件
6
Chapter3 运算方法和运算部件
P104习题 2.(2)(3) 7.(1) 12
2021/3/9
授课：XXX
7
Chapter4 指令系统
4.1指令格式设计 4.2指令系统设计 • 寻址方式的定义及分类 • 扩展操作码编码，P115 例4.1
2021/3/9
授课：XXX
8
Chapter4 指令系统
8.3外部存储设备
8.4外设与CPU、主存的互联
• 总线及其分类
8.5 I/O接口
• I/O接口的定义
• I/O接口的通用结构(P318图8.15)
• I/O端口的定义及其编址方式
2021/3/9
授课：XXX
18
Chapter8 互联及输入输出组织
8.6 I/O数据传送控制方式 • 三种方式及其比较（P332-333） • 中断优先级的动态分配（P331例8.3）
2021/3/9
授课：XXX
14
Chapter7 存储器分层体系结构
7.6Cache • 程序访问的局部性及其分类 • Cache-主存系统的平均访问时间(P256中的
公式) • 三种映射方式 • 替换算法，特别是LRU • Cache的一致性问题(两种写操作)
2021/3/9
授课：XXX
15
Chapter7 存储器分层体系结构
2021/3/9
授课：XXX
12
Chapter6 指令流水线
P232习题 2(1)
2021/3/9
授课：XXX
13
Chapter7 存储器分层体系结构
7.1存储器概述 • 存储器的容量，如何由引脚图推出其容量。 • 图7.2存储器层次结构 7.2 半导体RAM • 存储器芯片的内部结构，P241图7.6 7.3存储芯片的扩展 • 三种扩展方式
计算机组装与维护课件第10章计算机维护常识
• 要正确进行外部连接，绝对不要带电连接外设或 插拔机内板卡。
• 触摸计算机内部部件或电路前一定要先释放人体 的高压静电，只需触摸一下水管等接地设备即可。
• 使用来路不明的软盘或光盘前，一定要先查毒， 安装或使用后还要再查一遍，因为有一些杀毒软 件不能查杀压缩文件里的病毒。
• 系统非正常退出或意外断电后，应尽快进行硬盘 扫描，及时修复错误。因为在这种情况下，硬盘 的某些簇链接会丢失，给系统造成潜在的危险， 如不及时修复，会导致某些程序紊乱，甚至危及 系统的稳定运行。
计算机对外部电源的交流供电有两个基本要求：一是电压 要稳定，波动幅度一般应该小于5%；二是在计算机工作时 供电不能间断。在电压不稳定的小区，为了获得稳定的电压， 最好使用交流稳压电源。为了防止突然断电对计算机的影响， 可以装备UPS（特殊情况）。
山特UPS电源
典型的UPS电源
• 计算机对放置环境的要求 计算机主机应该放在不易震动、翻倒的工作台上，以免主机 震动对硬盘产生损害。另外，计算机的电源也应该放在不易 绊倒的地方，而且最好使用单独的电源插座。计算机周围不 应该有电炉、电视等强电或强磁设备，以免其开关时产生的 电压和磁场变化对计算机产生损害。
10.3.2 计算机软维护
一、安全维护 1. 设置系统密码。
• 【控制面板】窗口
• 【用户账户】窗口
• 向导页
2、设置用户权限
• 【运行】对话框
• 【组策略】窗口
• 【用户权限指派】选项
• 改变用户权限
3、系统漏洞修补
• 金山清理专家操作界面
• 软件扫描出的漏洞
• 下载完成后，软件会自 动对补丁进行安装，修 复系统漏洞。
• 内存：要注意防静电，超频时也要小心，过度超频极 易引起黑屏，甚至使内存发热损坏。
• 触摸计算机内部部件或电路前一定要先释放人体 的高压静电，只需触摸一下水管等接地设备即可。
• 使用来路不明的软盘或光盘前，一定要先查毒， 安装或使用后还要再查一遍，因为有一些杀毒软 件不能查杀压缩文件里的病毒。
• 系统非正常退出或意外断电后，应尽快进行硬盘 扫描，及时修复错误。因为在这种情况下，硬盘 的某些簇链接会丢失，给系统造成潜在的危险， 如不及时修复，会导致某些程序紊乱，甚至危及 系统的稳定运行。
计算机对外部电源的交流供电有两个基本要求：一是电压 要稳定，波动幅度一般应该小于5%；二是在计算机工作时 供电不能间断。在电压不稳定的小区，为了获得稳定的电压， 最好使用交流稳压电源。为了防止突然断电对计算机的影响， 可以装备UPS（特殊情况）。
山特UPS电源
典型的UPS电源
• 计算机对放置环境的要求 计算机主机应该放在不易震动、翻倒的工作台上，以免主机 震动对硬盘产生损害。另外，计算机的电源也应该放在不易 绊倒的地方，而且最好使用单独的电源插座。计算机周围不 应该有电炉、电视等强电或强磁设备，以免其开关时产生的 电压和磁场变化对计算机产生损害。
10.3.2 计算机软维护
一、安全维护 1. 设置系统密码。
• 【控制面板】窗口
• 【用户账户】窗口
• 向导页
2、设置用户权限
• 【运行】对话框
• 【组策略】窗口
• 【用户权限指派】选项
• 改变用户权限
3、系统漏洞修补
• 金山清理专家操作界面
• 软件扫描出的漏洞
• 下载完成后，软件会自 动对补丁进行安装，修 复系统漏洞。
• 内存：要注意防静电，超频时也要小心，过度超频极 易引起黑屏，甚至使内存发热损坏。
计算机组成原理10 第十章 CU的设计(2)
⑨ JMP X
T0
T1 T2 Ad ( IR ) PC
⑩ BAN X
T0
T1 T2 A0 • Ad ( IR ) + A0• PC PC
5. 中断周期 微操作的 节拍安排
T0
T1 T2
10.1
硬件关中断
0
PC MDR
MAR
MDR M ( MAR )
1
W
向量地址
PC
中断隐指令完成
三、组合逻辑设计步骤
T0
EX 执行
1
1 T1
M(MAR) AC
W
(AC)+(MDR) AC T2
MDR
MDR 0
M(MAR)
AC AC 1
1
2. 写出微操作命令的最简表达式
M ( MAR ) MDR
10.1
= FE · 1 + IND · 1 ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) T T + EX · 1 ( ADD +LDA ) T = T1{ FE + IND ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) + EX ( ADD +LDA ) }
10.1
微操作命令信号 CLA COM ADD SAT LDA JMP PC 1 M(MAR) ( PC ) +1 MDR OP( IR ) MAR R MDR PC IR ID IND EX 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
FE 取指
T0 T1 T2 PC 1 R MDR PC IR ID
计算机系统结构多媒体教程课件_第十章 集群计算机系统结构
Cluster Computer 9
2013-8-31
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
集群式计算机的定义
集群计算机可以从狭义和广义的角度进行划分。 狭义地讲，根据构成结点的不同，可以分为PC Cluster和工作站Cluster。根据研制理念的不同， 可以分为NOW类型Cluster（追求高速通信，进 行全局资源管理，采用时钟周期“窃取”技术 来利用空闲计算机的资源）和Beowulf类型 Cluster（尽可能使用现成的硬件、免费系统软 件、基于TCP/IP建立通信库、不考虑“窃取” 时钟周期）。
33 43 80 93 15373 22526 50181 66614 14689 29523 69774 136048 8745 18831 36569 78052
2013-8-31
Cluster Computer
7
集群式计算机的发展
最初，集群计算机系统的使用效率只有 30%左右，严重影响着它的发展。随着 高速通信、体系结构、并行算法等方面 研究的不断取得进展，集群计算机系统 的使用效率已经取得了比较满意的结果， 已达62%以上，逐步接近MPP的效率 。
2013-8-31
Cluster Computer
6
TOP500中Cluster的数量和性能
1000000 100000 10000 1000 100 10 1
数量 cpu总数 峰值速度[GF/S] LINPACK[GF/S] 97.6 1 100 33 10 97.11 1 100 33 10 98.6 1 68 72 19 98.11 2 290 299 102 99.6 6 1026 789 372 99.11 7 2412 2009 961 00.6 11 3668 3720 2254 00.11 28 9174 8717 5409 01.6 01.11 02.6 02.11
2013-8-31
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
集群式计算机的定义
集群计算机可以从狭义和广义的角度进行划分。 狭义地讲，根据构成结点的不同，可以分为PC Cluster和工作站Cluster。根据研制理念的不同， 可以分为NOW类型Cluster（追求高速通信，进 行全局资源管理，采用时钟周期“窃取”技术 来利用空闲计算机的资源）和Beowulf类型 Cluster（尽可能使用现成的硬件、免费系统软 件、基于TCP/IP建立通信库、不考虑“窃取” 时钟周期）。
33 43 80 93 15373 22526 50181 66614 14689 29523 69774 136048 8745 18831 36569 78052
2013-8-31
Cluster Computer
7
集群式计算机的发展
最初，集群计算机系统的使用效率只有 30%左右，严重影响着它的发展。随着 高速通信、体系结构、并行算法等方面 研究的不断取得进展，集群计算机系统 的使用效率已经取得了比较满意的结果， 已达62%以上，逐步接近MPP的效率 。
2013-8-31
Cluster Computer
6
TOP500中Cluster的数量和性能
1000000 100000 10000 1000 100 10 1
数量 cpu总数 峰值速度[GF/S] LINPACK[GF/S] 97.6 1 100 33 10 97.11 1 100 33 10 98.6 1 68 72 19 98.11 2 290 299 102 99.6 6 1026 789 372 99.11 7 2412 2009 961 00.6 11 3668 3720 2254 00.11 28 9174 8717 5409 01.6 01.11 02.6 02.11
计算机系统结构多媒体教程课件_第十章 性能评价与测量
性能评价的标志
计量单位： 定 点 整 数 指 令 每 秒 运 算 百 万 次 的 MIPS （Million Instruction Per Second） 浮点指令每秒运算百万次的MFLOPS（Million FLOating-point instruction Per Second）。
性能评价的标志
计算机系统中CPU的主频往往决定了机器周 期的长短，从某种意义上说它能反映计算机 的速度。显然主频越高，计算机运行的速度 就越快。 用指令运行速度来表示机器的速度。由于指 令种类很多，且执行时间又不一样，在程序 中各类指令使用频度又存在很大的差异，因 此出现了好多种评价的方法。
定义
计算机性能评价： 计算机系统对原始数据进行逻辑推算；
计算机性能测量： 采用基准测试程序包来度量计算机系统 的性能。
性能评价的标志
计算机系统性能的主要标志是计算机速度。 随着计算机系统结构的发展和复杂化，仅从 计算机速度来反映计算机系统性能就不合适 了。应该从对计算机系统的硬件、软件等各 个方面进行更为准确的评价，才能全面反映 计算机系统的性能。 计算机系统的速度仍然是衡量计算机系统性 能最直接和最主要的标志之一。
性能评价的标志
随着指令系统的发展，仅用加法指令运算速 度已不能很好地反映机器速度，出现了“等 效指令速度法”。它是通过取各类指令在程 序中的比例（ω i ）进行折算来获得的。若 每类指令的执行时间为ti ，则等效指令的执 行时间T为： T=Σ ω i ti 机器的等效指令速度V为： V=1/T
性能评价的对象
性能评价的对象是整个计算机系统。但计算机系统是 包括硬件、软件等复杂的系统，又与工作环境、工 作方式、应用对象等有密切的关联，所以要明确地 划清计算机系统的环境（边界环境），其中最主要 的是工作负载。所谓工作负载就是加到系统上的服 务需求量，它可以是一个作业对CPU工作时间的需 求量、存储空间的需求量、I/O工作的需求量以及软 件资源的需求量等等。工作负载模型可以是自然负 载模型，也可以是研究者建立的负载模型，而且精 确建立的负载模型可以节约评价时间和开销。实际 上性能评价最困难的工作是选定有代表性的工作负 载模型。
计算机组装与维护(全)PPT教学课件
2教学内容简介第11章计算机系统概述及其组成部件第22章计算机系统选购与组装cpu主板第33章计算机系统选购与组装内存显卡显示器第44章计算机系统选购与组装硬盘光驱等常见外设第55章计算机系统软硬件准备bios等第66章计算机系统软硬件准备硬盘分区格式化等第77章计算机系统软硬件准备操作系统安装等第88章常见系统维护软件及使用技术一第99章笔记本电脑选购与维护第10章计算机的优化与维护第11章计算机常见故障与排除3第11章计算机组装与维修的基础知识学习目标?了解计算机的产生与发展过程?掌握计算机的系统构成?熟悉计算机的主要部件411计算机的产生与发展111电子计算机的产生112计算机的发展历程113计算机的发展趋势5111电子计算机的产生?1946年2月美国宾夕法尼亚大学的科研小组开发了世界上第一台数字电子计算机eniac
12
1.3
计算机硬件系统简介
计算机硬件组成图例
13
1.3.1
机箱
机箱的主要作用是保护内部设备，屏蔽机箱里面的各配 件免受外界电磁场的干扰。
卧式机箱
立式机箱
14
1、机箱的种类 外形分类： 1）立式机箱 2）卧式机箱 结构分类： AT机箱、 ATX机箱、 Micro ATX机箱、 NLX机箱 BTX机箱
一种系统软件。
10
（3）语言处理程序 语言处理程序是将人们用高级语言编写的源程序翻译成机器语言表示的 目标程序的软件。
（4）服务性程序 服务性程序是指辅助性的系统软件，如用于程序的装入、链接、编辑及 调试用的程序，故障诊断程序和纠错程序等。
11
1.2.2
计算机的软件组成
2．应用软件
应用软件是在操作系统的基础上编制的各种程序。应用软件都是一些具 有特定功能的软件，能够帮助用户完成特定的任务。例如，通过Word可以编 辑一篇文章，通过Photoshop可以编辑和处理图片，通过Windows Media Player可以播放VCD影碟等。
12
1.3
计算机硬件系统简介
计算机硬件组成图例
13
1.3.1
机箱
机箱的主要作用是保护内部设备，屏蔽机箱里面的各配 件免受外界电磁场的干扰。
卧式机箱
立式机箱
14
1、机箱的种类 外形分类： 1）立式机箱 2）卧式机箱 结构分类： AT机箱、 ATX机箱、 Micro ATX机箱、 NLX机箱 BTX机箱
一种系统软件。
10
（3）语言处理程序 语言处理程序是将人们用高级语言编写的源程序翻译成机器语言表示的 目标程序的软件。
（4）服务性程序 服务性程序是指辅助性的系统软件，如用于程序的装入、链接、编辑及 调试用的程序，故障诊断程序和纠错程序等。
11
1.2.2
计算机的软件组成
2．应用软件
应用软件是在操作系统的基础上编制的各种程序。应用软件都是一些具 有特定功能的软件，能够帮助用户完成特定的任务。例如，通过Word可以编 辑一篇文章，通过Photoshop可以编辑和处理图片，通过Windows Media Player可以播放VCD影碟等。
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
计算机系统的组成PPT
（1）主存储器（内存）
（2）辅助存储器（外存）
4．输入设备 5．输出设备
2. 硬件系统
1)运算器（ALU: Arithmetical and Logical Unit）
运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻 辑运算，所以也称算术逻辑单元。
2)控制器（CU：Control Unit）
控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部 件协调地工作。
尺寸:有15、17、19、21英寸等规格。
像素和点距：显示器所显示的图形和文字是由许多 “点”组成的，这些点就称为像素，点距就是屏幕上相 邻两个像素点之间的距离，是决定图像清晰度的重要因 素。点距越小，图像越清晰，细节越清楚。目前最常用 的是0.28mm点距的显示器。
（2）显示器
分辨率:一屏能显示的像素数目。有 640×480 、 800×600 、 1024×768 、 1280×1024等规格。
声卡照片
音 频 输 入 有 源 音 箱
第21页
数 字 信 号
（音效处理）
1.5
（2）显示器
显示器又称监视器（Monitor），它是计算机系统 中最基本的输出设备。显示的所有信息都是由0和1组成 的数字数据。按所使用的显示器件分为阴极射线显示器 （CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器等。常 用的有CRT显示器和液晶显示器。
按住ctrl和alt键不放再击打del键光标移动键和编辑键的功能按键功能光标左移一个字符光标右移一个字符光标上移一个字符光标下移一个字符home光标移到行头或当前页头end光标移到行尾或当前页尾pageup光标移到上一页pagedown光标移到下一页del删除键删除光标位置的一个字符ins插入键此键是开关键有两种状态
（2）辅助存储器（外存）
4．输入设备 5．输出设备
2. 硬件系统
1)运算器（ALU: Arithmetical and Logical Unit）
运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻 辑运算，所以也称算术逻辑单元。
2)控制器（CU：Control Unit）
控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部 件协调地工作。
尺寸:有15、17、19、21英寸等规格。
像素和点距：显示器所显示的图形和文字是由许多 “点”组成的，这些点就称为像素，点距就是屏幕上相 邻两个像素点之间的距离，是决定图像清晰度的重要因 素。点距越小，图像越清晰，细节越清楚。目前最常用 的是0.28mm点距的显示器。
（2）显示器
分辨率:一屏能显示的像素数目。有 640×480 、 800×600 、 1024×768 、 1280×1024等规格。
声卡照片
音 频 输 入 有 源 音 箱
第21页
数 字 信 号
（音效处理）
1.5
（2）显示器
显示器又称监视器（Monitor），它是计算机系统 中最基本的输出设备。显示的所有信息都是由0和1组成 的数字数据。按所使用的显示器件分为阴极射线显示器 （CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器等。常 用的有CRT显示器和液晶显示器。
按住ctrl和alt键不放再击打del键光标移动键和编辑键的功能按键功能光标左移一个字符光标右移一个字符光标上移一个字符光标下移一个字符home光标移到行头或当前页头end光标移到行尾或当前页尾pageup光标移到上一页pagedown光标移到下一页del删除键删除光标位置的一个字符ins插入键此键是开关键有两种状态
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计算机组成与结构
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10-10
相对简单CPU,其结构不能采用独立的 , 相对简单 I/O方式,但可利用存储器编址 方式 方式, 方式 但可利用存储器编址I/O方式 例:执行指令LDAC FFFF 执行指令 为了实现此I/O端口,设计硬件如图 为了实现此 端口,设计硬件如图10.6 端口
当地址总线上的值为FFFFH,控制信号 , 当地址总线上的值为 READ=1时,三态缓冲器才选通 时
地址为FFFFH的输入端口 图10.6 地址为 的输入端口
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用相对简单的CPU设计自动调温器,它控 设计自动调温器, 用相对简单的 设计自动调温器 制房间的加热和制冷系统, 制房间的加热和制冷系统,它可能执行下 列操作: 列操作:
源设备停止传 源设备停止传 输有效数据, 输有效数据, 目的设备复位 目的设备复位 数据准备就绪 信号
图10.5 带握手的目的启动数据传送 (a)时序 )
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10.2 可编程 可编程I/O
可编程I/O( 可编程 (programmed I/O) ) 用指令编程来控制CPU输入或输出数据. 输入或输出数据. 用指令编程来控制 输入或输出数据 可编程I/O的编址方式 可编程 的编址方式 独立编址 有专门的指令访问I/O端口 有专门的指令访问 端口 存储器编址 端口视为存储器的一个单元, 把I/O端口视为存储器的一个单元,采 端口视为存储器的一个单元 用存储器存取指令即可访问它们
LDAC1:DR←M,PC←PC+1,AR←AR+1 : , , 发生中断申请…… 发生中断申请 LDAC2:TR←DR,DR←M,PC←PC+1 : , , LDAC3:AR←DR,TR : , LDAC4:DR←M : LDAC5:AC←DR : 如果执行周期完成后产生中断,则仅需保存PC的内容 如果执行周期完成后产生中断,则仅需保存 的内容 否则必须保存CPU内部寄存器内容和控制单元的状态信息. 内部寄存器内容和控制单元的状态信息. 否则必须保存 内部寄存器内容和控制单元的状态信息 故,采取前者方式.即,该指令周期结束再响应中断. 采取前者方式. 该指令周期结束再响应中断.
图10.4 带握手的源启动数据传送 (a)时序 )
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带握手的目的启动数据传送
目的设备传 目的设备传 输一个数据 选通信号, 选通信号, 源设备使有 源设备使有 效数据可用 数据稳定 后,目的 设备读取 设备读取 此数据 目的设备读 目的设备读 完数据, 完数据,就 发送一个数 据准备就绪 信号给源设 备
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10-16
查询( 查询(polling) )
传送数据
CPU
请求信号
I/O
准备好没有? 准备好没有?
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10-17
查询方式在设计和编程方面都相对直 常用于CPU负荷不很重的情况 观,常用于 负荷不很重的情况 不适合对于CPU时间很宝贵的系统 不适合对于 时间很宝贵的系统 等待状态( 等待状态(wait state) ) 处理器向I/O设备请求数据( 处理器向 设备请求数据(或发送数据 设备请求数据 设备), 给I/O设备), 设备经控制总线向 设备),I/O设备经控制总线向 CPU发送一个等待信号.只要等待信号 发送一个等待信号. 发送一个等待信号 有效, 有效,CPU就一直处于等待状态 就一直处于等待状态
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10-7
带握手的源启动数据传送
源设备置数 源设备置数 据请求信号 为高, 为高,然后 使有效数据 可用 数据稳定 后,目的 设备读取 设备读取 此数据 目的设备读 目的设备读 完数据, 完数据,就 发送一个数 据确认信号 给源设备
源设备停止传 源设备停止传 输有效数据, 输有效数据, 目的设备复位 目的设备复位 数据确认信号
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10-14
增加两条新指令:一条输入数据, 增加两条新指令:一条输入数据,一条 新指令 输出数据.如表10.1所示 输出数据.如表 所示
指令 INPT OTPT
指令码 0010 0000Γ Γ 0010 0001Γ
操作 AC←输入端口Γ AC←输入端口Γ 输入端口 输出端口Γ←AC 输出端口
10-13
10.2.1 新指令
为了修改相对简单CPU以支持独立的 方式: 以支持独立的I/O方式 为了修改相对简单 以支持独立的 方式: 必须在CPU指令集中增加输入,输出指令; 指令集中增加输入, 必须在 指令集中增加输入 输出指令; 产生必要的新控制信号; 产生必要的新控制信号; 在状态图中增加新状态; 在状态图中增加新状态; 开发RTL代码支持新状态; 代码支持新状态; 开发 代码支持新状态 修改寄存器, 和控制单元硬件来支持新的指令; 修改寄存器,ALU和控制单元硬件来支持新的指令; 和控制单元硬件来支持新的指令
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10-18
中断请求( 中断请求(interrupt request) ) 设备采用中断方式时, 当I/O设备采用中断方式时,CPU 设备采用中断方式时 在向I/O设备输出请求后 设备输出请求后, 在向 设备输出请求后,能够继 续执行指令,完成有用的工作, 续执行指令,完成有用的工作,而 无需查询设备或进入等待状态 设备准备传输数据时,它向 发送中 设备准备传输数据时,它向CPU发送中 发送 断请求信号 CPU响应中断,置中断响应信号有效, 响应中断, 中断响应信号有效 有效, 响应中断 完成数据传输
目的设备 传输选通 信号给源 设备 一段时间后源设 一段时间后源设 使数据有效, 备使数据有效, 并将数据稳定一 段时间 目的设备 读入数据 后置数据 选通信号 无效 源设备 停止传 输有效 数据
图10.3 不带握手的目的启动数据传送 (a)时序 )
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1. CPU从存储器编址输入端口地址 从存储器编址输入端口地址FFFFH 从存储器编址输入端口地址 中读取当前温度 2. CPU从端口地址 从端口地址FFFEH中获取调温器的 从端口地址 中获取调温器的 设定温度 3. CPU向地址为 向地址为FFFDH的输出端口中写入 向地址为 的输出端口中写入 下面的值,以控制加热器和空调系统. 下面的值,以控制加热器和空调系统.
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中断: 中断: CPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作. 中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作. 中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作
中断的过程: 中断的过程: 中断请求,中断排队,中断响应,中断服务,中断返回. 中断请求,中断排队,中断响应,中断服务,中断返回.
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10-4
10.1.1 源启动数据传送 源设备 输出数 据 选通控制信 号并维持一 段时间 目的设 备读入 数据 源设备使控 制信号和数 据无效
图10.2 不带握手的源启动数据传送 (a)时序 )
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10.1.2 目的启动的数据传送
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10-2
10.1 异步数据传输
输入/输出设备通过系统的地址总线, 输入 输出设备通过系统的地址总线,数据总 输出设备通过系统的地址总线 控制总线和CPU相连(如图 相连( 线,控制总线和 相连 如图10.1) )
地址总线: 地址总线:单向 数据总线: 双 数据总线:单/双 控制总线:单向 控制总线: (状态 状态) 状态
10.1.3 握手
不带握手的数据传送无需确认数据收 适合于在规定的时间内传送. 到,适合于在规定的时间内传送. 当每次传送所花费的时间不同时,设 当每次传送所花费的时间不同时, 次传送所花费的时间不同时 备可采用握手 握手( 备可采用握手(handshaking)方式来 ) 协调数据传送. 协调数据传送.
01=打开空调 打开空调 03=打开加热器 打开加热器 02=关闭空调 关闭空调 04=关闭加热器 关闭加热器
4. 当前状态存贮于存储单元 当前状态存贮于存储单元1000H中 中
00=加热器和空调均关闭 FF=加热器打开 FE=空调打开 加热器和空调均关闭 加热器打开 空调打开
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相对简单CPU的独立 指令 的独立I/O指令 表10.1 相对简单 的独立
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10-15
10.3 中断
10.3.1 CPU和I/O设备之间的数据传送 和 设备之间的数据传送 解决I/O设备变化延迟 解决 设备变化延迟 查询( 查询(polling) ) 中断( 中断(interrupt) ) 减少由不确定性造成的延迟, 减少由不确定性造成的延迟, 优化系统性能的一种机制 .
软中断
由CPU指令集中的特定中断指令产生 指令集中的特定中断指令产生
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10-21
10.3.3 中断处理
中断服务程序: 中断服务程序:处理中断工作的服务软件 一对一 或 一对多 一个中断服务程序对应一个中断 一个中断服务程序对应多个中断
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第十章 输入输出结构
10.1 异步数据传输 10.2 可编程 可编程I/O 10.3 中断 10.4 直接存储器访问 10.5 I/O处理器 处理器 10.6 串行通信 10.7 实例:串行通信标准 实例: