計算機組成原理第課件

計算機組成原理課件計算機系統(tǒng)概述中央處理器存儲器輸入輸出設(shè)備計算機系統(tǒng)總線計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)contents目錄01計算機系統(tǒng)概述互聯(lián)網(wǎng)與云計算時代21世紀初，互聯(lián)網(wǎng)的普及和云計算技術(shù)的發(fā)展，計算機應(yīng)用更加廣泛。個人計算機時代20世紀80年代，個人計算機（PC）的出現(xiàn)，計算機進入家庭和企業(yè)。小型化與普及化20世紀70年代，晶體管和集成電路的應(yīng)用，計算機開始普及。機械計算機時代19世紀，利用齒輪和指針進行算術(shù)和邏輯運算。電子計算機時代20世紀40年代，基于電子管技術(shù)的第一臺計算機誕生。計算機的發(fā)展歷程包括中央處理器（CPU）、存儲器（內(nèi)存和外存）、輸入輸出設(shè)備等。硬件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫等。軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的組成二進制數(shù)制計算機內(nèi)部采用二進制數(shù)制進行運算和存儲。數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)以二進制形式存儲在存儲器中，通過地址碼定位存儲單元。指令執(zhí)行計算機通過讀取存儲器中的指令，經(jīng)過解碼器解碼后，由運算器進行運算和操作。計算機的基本工作原理02中央處理器CPU主要由運算器和控制器組成，運算器負責(zé)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算，控制器負責(zé)控制指令的執(zhí)行順序。CPU是計算機的核心部件，負責(zé)執(zhí)行程序中的指令，處理數(shù)據(jù)，控制計算機的各個部件協(xié)調(diào)工作。CPU的結(jié)構(gòu)與功能功能結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行CPU從內(nèi)存中取出指令并解碼，然后根據(jù)指令操作碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，最后將結(jié)果寫回到內(nèi)存或寄存器中。循環(huán)執(zhí)行CPU不斷地從內(nèi)存中取指、解碼、執(zhí)行、存回，循環(huán)執(zhí)行直到遇到停止指令或異常情況。CPU的工作原理CPU每秒鐘執(zhí)行的時鐘周期數(shù)，主頻越高，CPU處理速度越快。主頻CPU內(nèi)部用于存儲常用數(shù)據(jù)和指令的高速存儲器，緩存越大，數(shù)據(jù)訪問速度越快。緩存多核CPU可以同時執(zhí)行多個線程或進程，提高并行處理能力。核心數(shù)CPU性能與功耗的比值，能效比越高，表示CPU在高性能的同時功耗控制得越好。能效比CPU的性能指標03存儲器按存儲介質(zhì)半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器按存取方式隨機存儲器（RAM）、順序存儲器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）內(nèi)存的分類與結(jié)構(gòu)按數(shù)據(jù)存取特性：靜態(tài)存儲器（SRAM、DRAM）、動態(tài)存儲器（DRAM）內(nèi)存的分類與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)存條：由多個記憶單元（cell）組成，每個記憶單元包含一個晶體管和一個電容內(nèi)存條上還有地址譯碼器、數(shù)據(jù)緩沖器等其他組件內(nèi)存的分類與結(jié)構(gòu)靜態(tài)存儲器（SRAM）工作原理利用雙穩(wěn)態(tài)電路的記憶特性來存儲信息，具有速度快、集成度高的優(yōu)點，但功耗較大，價格也較高。動態(tài)存儲器（DRAM）工作原理利用電容的電荷量來存儲信息，需要定時刷新，集成度高、功耗小、價格低，但速度較慢。內(nèi)存的工作原理容量指內(nèi)存條的存儲容量，單位為MB或GB。指內(nèi)存的存取速度，通常用存取時間和帶寬來表示。存取時間是指從啟動讀/寫操作到操作完成所需的時間；帶寬是指單位時間內(nèi)內(nèi)存可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。指內(nèi)存的穩(wěn)定性和持久性，包括平均故障間隔時間（MTBF）和數(shù)據(jù)保持時間等指標。指內(nèi)存的功耗大小，包括工作電流和待機電流等指標。速度可靠性功耗內(nèi)存的性能指標04輸入輸出設(shè)備了解輸入設(shè)備的分類和結(jié)構(gòu)是理解計算機如何接收外部信息的關(guān)鍵?？偨Y(jié)詞鍵盤是最常見的輸入設(shè)備之一，通過按鍵輸入字符、數(shù)字和命令。鍵盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括鍵帽、觸點、電路板等部分。鍵盤鼠標用于在屏幕上選擇、拖動和點擊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括滾輪、傳感器、電路板等部分。鼠標觸摸屏是一種新型的輸入設(shè)備，用戶可以通過直接觸摸屏幕進行操作，常見于手機、平板電腦等移動設(shè)備。觸摸屏輸入設(shè)備的分類與結(jié)構(gòu)了解輸出設(shè)備的分類和結(jié)構(gòu)是理解計算機如何將信息呈現(xiàn)給用戶的關(guān)鍵?？偨Y(jié)詞顯示器打印機投影儀顯示器用于顯示文字、圖像和視頻，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括背光燈、液晶面板、控制電路等部分。打印機用于將文字和圖像打印在紙張上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括打印頭、墨盒、控制電路等部分。投影儀用于將圖像投射到屏幕上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括光源、投影鏡頭、屏幕等部分。輸出設(shè)備的分類與結(jié)構(gòu)

輸入輸出設(shè)備的工作原理總結(jié)詞理解輸入輸出設(shè)備的工作原理有助于深入了解計算機的工作機制。輸入設(shè)備的工作原理輸入設(shè)備通過與計算機的接口相連，將用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換為電信號，再通過計算機的處理轉(zhuǎn)換為二進制代碼。輸出設(shè)備的工作原理輸出設(shè)備接收到計算機傳送的二進制代碼，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再通過顯示或打印等方式呈現(xiàn)給用戶。05計算機系統(tǒng)總線根據(jù)傳輸方式，總線可以分為單向總線和雙向總線；根據(jù)連接方式，總線可以分為片內(nèi)總線和片外總線。分類總線通常由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線組成，有的還包括高位地址線。結(jié)構(gòu)總線的分類與結(jié)構(gòu)總線的工作原理數(shù)據(jù)傳輸在總線上，數(shù)據(jù)以脈沖的形式進行傳輸，傳輸方向由控制總線上的信號控制。仲裁機制當多個設(shè)備同時申請使用總線時，通過仲裁機制決定哪個設(shè)備可以使用總線。帶寬總線的帶寬指的是單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常用bps（bitspersecond）表示。速度總線的速度指的是數(shù)據(jù)在總線上的傳輸速率，通常用Mbps（megabitspersecond）表示。負載能力總線的負載能力指的是總線上可以連接的設(shè)備數(shù)量以及傳輸數(shù)據(jù)的最大長度?？偩€的性能指標06計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)的功能計算機網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)傳輸、資源共享、信息交換、分布式處理等功能，能夠提高計算機系統(tǒng)的效率和可用性。計算機網(wǎng)絡(luò)定義計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線路將地理位置分散的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、資源共享和信息交換的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類根據(jù)不同的分類標準，可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)等類型，每種類型都有其特定的應(yīng)用場景和特點。計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)01有線網(wǎng)絡(luò)是指通過物理線路連接的計算機系統(tǒng)，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等；無線網(wǎng)絡(luò)是指通過無線電波連接的計算機系統(tǒng)，如WiFi、藍牙等。星型網(wǎng)絡(luò)與總線型網(wǎng)絡(luò)02星型網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點通過中央節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；總線型網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點通過一條總線線路連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)03網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的連接方式，常見的拓撲結(jié)構(gòu)有星型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型等。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類與結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸需要遵循一定的協(xié)議，如TCP/IP協(xié)議族，以確保數(shù)