計算機組成與體系結構復習要點課件

計算機組成與體系結構復習要點課件目錄CONTENTS計算機體系結構概述計算機組成計算機指令系統(tǒng)計算機操作方式計算機性能評價計算機體系結構新技術01計算機體系結構概述計算機體系結構定義：計算機體系結構是指計算機系統(tǒng)的整體設計和組織結構，包括其硬件和軟件的交互方式、系統(tǒng)性能、擴展性、可靠性和成本等方面的特性。計算機體系結構是計算機科學中的一個重要領域，它涉及到計算機系統(tǒng)如何組織和運作，以及如何優(yōu)化系統(tǒng)性能和功能。計算機體系結構定義根據(jù)存儲器的組織方式分類集中式存儲系統(tǒng)和分布式存儲系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和用途分類巨型機、大型機、小型機、個人計算機等。根據(jù)處理器的數(shù)量分類單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)。計算機體系結構分類真空管時代，1940年代。第一代計算機晶體管時代，1950年代到1960年代。第二代計算機集成電路時代，1970年代到1980年代。第三代計算機超大規(guī)模集成電路時代，1990年代至今。第四代計算機計算機體系結構發(fā)展歷程02計算機組成ABCD中央處理器CPU的主要組成部分包括算術邏輯單元、控制單元、寄存器等。中央處理器（CPU）是計算機的核心部件，負責執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。CPU的發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了多核處理器、異構處理器等新技術，以提高處理速度和效率。CPU的性能指標主要包括時鐘頻率、指令集、核心數(shù)等。01存儲器是計算機中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的部件。02存儲器分為內存儲器和外存儲器兩類。03內存儲器分為隨機訪問存儲器和只讀存儲器，常見的內存儲器有DRAM、SRAM、ROM等。04外存儲器包括硬盤、光盤、U盤等，用于長期存儲數(shù)據(jù)和程序。存儲器輸入輸出系統(tǒng)是計算機中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件。輸入輸出系統(tǒng)的性能指標包括數(shù)據(jù)傳輸速率、分辨率等。輸入輸出系統(tǒng)常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、觸摸屏等，輸出設備有顯示器、打印機等。隨著技術的發(fā)展，出現(xiàn)了無線輸入輸出設備、虛擬現(xiàn)實設備等新型輸入輸出設備。總線是計算機中各個部件之間傳輸數(shù)據(jù)的通道?？偩€的性能指標包括帶寬、位寬、傳輸速率等。隨著技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種總線標準，如PCIe、USB、SATA等，以滿足不同應用場景的需求。總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三類?？偩€03計算機指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)定義指令系統(tǒng)是計算機硬件與軟件之間的接口，它定義了計算機能夠執(zhí)行的指令集合。指令系統(tǒng)發(fā)展歷程隨著計算機技術的不斷發(fā)展，指令系統(tǒng)也在不斷演進，從簡單到復雜，從低級到高級。指令系統(tǒng)的重要性指令系統(tǒng)決定了計算機的基本功能和性能，是計算機組成與體系結構中的重要組成部分。指令系統(tǒng)概述操作碼操作碼指明了指令的基本操作功能，如加、減、乘、除等。地址碼地址碼指定了操作數(shù)或操作數(shù)的地址，用于確定操作數(shù)的來源和去向。修飾碼修飾碼用于對指令進行修飾，如變址、位移等，以實現(xiàn)更復雜的操作。指令格式立即尋址操作數(shù)直接包含在指令中，緊跟在操作碼后面。寄存器尋址操作數(shù)存儲在寄存器中，通過寄存器名稱來指定操作數(shù)。內存尋址操作數(shù)存儲在內存單元中，通過內存地址來指定操作數(shù)。間接尋址操作數(shù)的地址存儲在內存單元或寄存器中，通過間接尋址方式來獲取操作數(shù)。尋址方式系統(tǒng)調用指令用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)提供的服務功能，如文件讀寫、進程管理等?？刂妻D移指令用于改變程序的執(zhí)行流程，如無條件轉移、條件轉移等。邏輯運算指令用于執(zhí)行邏輯與、或、非等邏輯運算。數(shù)據(jù)傳輸指令用于在寄存器、內存和輸入輸出設備之間傳輸數(shù)據(jù)。算術運算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術運算。指令類型04計算機操作方式串行處理方式的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，適用于早期的計算機系統(tǒng)。串行處理方式的缺點是處理速度慢，效率低下，無法滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和高性能計算的需求。串行處理是一種傳統(tǒng)的計算機操作方式，即按照指令的順序逐條執(zhí)行。串行處理并行處理是一種先進的計算機操作方式，即同時處理多個任務或指令。并行處理方式的優(yōu)點是處理速度快，效率高，能夠大幅提高計算機的性能。并行處理方式的缺點是需要復雜的硬件和軟件支持，實現(xiàn)難度較大。并行處理并行流水線處理01并行流水線處理是一種結合了串行處理和并行處理的計算機操作方式。02并行流水線處理方式將一個完整的任務或指令拆分成多個子任務或子指令，并在不同的處理器上同時執(zhí)行這些子任務或子指令。03并行流水線處理方式的優(yōu)點是能夠在保證實現(xiàn)簡單的同時，提高計算機的處理速度和效率。04并行流水線處理方式的缺點是需要合理地拆分任務或指令，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)依賴和沖突。05計算機性能評價ABCD運算速度指計算機執(zhí)行操作的速度，通常以每秒執(zhí)行的指令數(shù)（MIPS）或每秒浮點運算次數(shù)（GFLOPS）來衡量。可靠性指計算機在規(guī)定時間內完成規(guī)定任務的能力，通常用平均無故障時間（MTBF）來衡量。兼容性指計算機與其他設備或軟件之間的互操作能力，即能否順利地交換數(shù)據(jù)或共享資源。存儲容量指計算機存儲器能夠容納的數(shù)據(jù)量，包括內存、硬盤、閃存等存儲介質的大小。計算機性能指標用于測試計算機中央處理器性能的基準測試程序，包括整數(shù)和浮點運算等。SPECCPU用于測試圖形處理器性能的基準測試程序，主要針對圖形渲染和計算能力。SPECGPU用于測試計算機浮點運算性能的基準測試程序。LINPACK用于測試計算機整體性能的基準測試程序，模擬實際應用場景。SYSmark基準測試程序直接比較法將待評價計算機的性能指標與已知性能指標進行直接比較，得出評價結果。加權評價法根據(jù)各項性能指標的重要程度，分別賦予不同的權重，然后進行加權求和，得出評價結果。綜合評價法綜合考慮計算機的各項性能指標，結合實際應用需求，得出評價結果。計算機性能評價方法03020106計算機體系結構新技術總結詞多核處理器技術是一種將多個處理器核心集成到一個芯片上的技術，以提高計算機的處理性能和效率。詳細描述多核處理器技術通過在一個芯片上集成多個處理器核心，實現(xiàn)了同時處理多個任務的能力，提高了計算機的處理速度和效率。這種技術廣泛應用于服務器、桌面計算機和移動設備等領域，成為現(xiàn)代計算機體系結構的重要組成部分。多核處理器技術向量處理器技術是一種利用向量運算進行高性能計算的技術，廣泛應用于科學計算、圖像處理和人工智能等領域?？偨Y詞向量處理器技術通過將多個數(shù)據(jù)項組合成一個向量，并利用專門的硬件實現(xiàn)向量的運算，實現(xiàn)了高性能的計算能力。這種技術廣泛應用于超級計算機和服務器等領域，用于處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)集和高性能計算任務。詳細描述向量處理器技術總結詞并行計算技術是一種將一個任務分解成多個子任務