計算機組成原理作業(yè)答案教學課件

計算機組成原理作業(yè)答案教學課件計算機系統(tǒng)概述中央處理器存儲器輸入輸出系統(tǒng)總線計算機系統(tǒng)性能評測目錄01計算機系統(tǒng)概述03數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)處理的對象，可以是數(shù)字、文字、圖像、音頻或視頻等。01硬件計算機系統(tǒng)的物理組成部分，包括中央處理器、內存、存儲設備、輸入輸出設備等。02軟件計算機系統(tǒng)的非物質組成部分，包括操作系統(tǒng)、應用程序、數(shù)據(jù)庫等。計算機系統(tǒng)的基本組成最低層次，由物理硬件組成，包括中央處理器、內存、存儲設備和輸入輸出設備等。硬件層位于硬件層之上，負責管理和調度硬件資源，提供系統(tǒng)調用接口。操作系統(tǒng)層最高層次，提供各種應用程序和服務，使用戶能夠與計算機系統(tǒng)進行交互。應用層計算機系統(tǒng)的層次結構指令執(zhí)行計算機通過執(zhí)行指令來執(zhí)行任務，每條指令由操作碼和操作數(shù)組成。存儲程序程序被存儲在內存中，由操作系統(tǒng)按照程序計數(shù)器的值依次取出指令并執(zhí)行。輸入輸出輸入輸出設備將數(shù)據(jù)輸入到內存中或從內存中輸出數(shù)據(jù)。計算機的工作原理02中央處理器控制和運算計算機內部指令，處理數(shù)據(jù)，控制計算機各部件協(xié)調工作。運算器、控制器、寄存器、指令譯碼器等。CPU的功能和組成組成功能字長指CPU一次能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，通常位數(shù)越多，處理能力越強。主頻指CPU時鐘頻率，主頻越高，CPU執(zhí)行指令的速度越快。緩存指CPU高速存儲器，用于存儲CPU運算過程中需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)。指令集指CPU支持的指令集合，不同指令集會影響CPU的性能和功能。CPU的主要技術指標16位處理器代表產(chǎn)品為Intel8086和8088，主要用于個人電腦和服務器。4位處理器代表產(chǎn)品為Intel4004，主要用于計算器。8位處理器代表產(chǎn)品為ZilogZ80，主要用于小型計算機和游戲機。32位處理器代表產(chǎn)品為IntelPentium，主要用于個人電腦、服務器和高端工作站。64位處理器代表產(chǎn)品為AMDOpteron和IntelItanium，主要用于高端服務器和工作站。CPU的發(fā)展歷程匯編語言用助記符表示指令，易于理解和編寫，但與機器指令仍有一定關聯(lián)。高級語言如C、C、Java等，與自然語言較為接近，易于編寫和維護，但需經(jīng)過編譯轉換成機器指令才能執(zhí)行。機器指令由二進制代碼表示，直接控制硬件動作。CPU的指令系統(tǒng)03存儲器主存儲器（MainMemory）：用于存儲當前運行中的程序和數(shù)據(jù)，與CPU直接交換信息。高速緩沖存儲器（Cache）：用于存儲CPU經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)訪問速度。輔助存儲器（SecondaryMemory）：用于存儲大量數(shù)據(jù)和程序，與主存儲器配合使用。寄存器（Register）：用于存儲CPU內部操作的數(shù)據(jù)。存儲器的分類讀/寫控制電路根據(jù)CPU的讀寫命令，控制數(shù)據(jù)在CPU和存儲單元之間的傳輸。存儲單元用于存儲二進制信息。內存儲器由存儲單元、地址譯碼器、讀/寫控制電路和數(shù)據(jù)緩沖器等組成。地址譯碼器將CPU送來的地址信號轉換成對應的存儲單元地址。數(shù)據(jù)緩沖器用于暫存數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。內存儲器的組成及工作原理0103020405內存儲器的主要技術指標內存儲器的存儲容量，以字節(jié)為單位。容量單位時間內內存儲器傳輸數(shù)據(jù)的量，以字節(jié)/秒為單位。帶寬內存儲器的耗電量，以瓦特為單位。功耗從CPU發(fā)出讀寫命令到數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臅r間間隔。存取時間高速緩沖存儲器是位于CPU和主存儲器之間的緩存，用于存儲CPU經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。當CPU需要訪問數(shù)據(jù)時，會先檢查該數(shù)據(jù)是否在Cache中，如果在則直接從Cache中讀取，否則從主存儲器中讀取并緩存到Cache中。Cache的訪問速度比主存儲器快，因此可以提高CPU訪問數(shù)據(jù)的速度。高速緩沖存儲器（Cache）04輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)的基本概念輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)是計算機中負責與外部設備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖酉到y(tǒng)。它包括輸入設備、輸出設備和接口設備等。輸入設備輸入設備用于將數(shù)據(jù)從外部世界輸入到計算機中，如鍵盤、鼠標、掃描儀等。輸出設備輸出設備用于將計算機中的數(shù)據(jù)輸出到外部世界，如顯示器、打印機、音響等。接口設備接口設備用于連接計算機與外部設備，如串口、并口、USB接口等。輸入輸出設備的分類根據(jù)傳輸方式的不同，輸入輸出設備可以分為串行設備和并行設備兩類。串行設備數(shù)據(jù)一位一位地傳輸，而并行設備則可以同時傳輸多個數(shù)據(jù)位。常見輸入輸出設備常見的輸入設備包括鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像頭等；常見的輸出設備包括顯示器、打印機、音響等。輸入輸出設備輸入輸出接口的作用輸入輸出接口是連接計算機與外部設備的橋梁，它負責數(shù)據(jù)的傳輸和控制信號的傳遞。常見輸入輸出接口常見的輸入輸出接口包括串口、并口、USB接口等。這些接口都有各自的特點和使用范圍，可以根據(jù)需要選擇合適的接口。輸入輸出接口輸入輸出控制方式DMA方式是一種更為先進的輸入輸出控制方式，它通過允許外部設備直接訪問內存，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸。這種方式效率非常高，適用于大數(shù)據(jù)量的高速傳輸。DMA（DirectMemoryAccess）方式程序查詢方式是一種早期的輸入輸出控制方式，它通過CPU不斷查詢外部設備是否準備好數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。這種方式效率較低，不適合于高速數(shù)據(jù)傳輸。程序查詢方式中斷方式是一種較先進的輸入輸出控制方式，它通過允許外部設備主動向CPU發(fā)送中斷信號，來請求數(shù)據(jù)的輸入輸出。這種方式效率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。中斷方式05總線總結詞總線是計算機各部件之間傳輸信息的公共通道，根據(jù)功能和傳輸速率的不同，總線可分為多種類型。詳細描述總線是計算機各部件之間傳輸信息的公共通道，按照傳輸速率和功能的不同，總線可以分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線等類型。地址總線用于傳送地址信息，數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息，控制總線則用于傳送控制信號?？偩€的概念及分類總線的性能和特性可以通過多個技術指標來衡量，包括總線的帶寬、傳輸速率、負載能力等?？偨Y詞總線的帶寬指的是單位時間內傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常以位/秒為單位來表示。總線的傳輸速率則是指總線上每秒鐘傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，通常以字節(jié)/秒為單位來表示?？偩€的負載能力則是指總線上可以連接的設備數(shù)量以及每個設備的驅動能力。詳細描述總線的主要技術指標總結詞：總線上的設備通過仲裁方法來獲取總線使用權，常見的仲裁方法有獨立請求仲裁法和菊花鏈仲裁法等。控制方式則是指總線上設備之間的通信方式。詳細描述：在總線中，多個設備可能同時需要使用總線資源，因此需要有一種機制來確定哪個設備可以使用總線。常見的仲裁方法有獨立請求仲裁法和菊花鏈仲裁法等。獨立請求仲裁法是指每個設備都有自己的請求線，當設備需要使用總線時，通過請求線向總線控制器發(fā)送請求信號。菊花鏈仲裁法則是將設備串聯(lián)起來形成一個菊花鏈，通過菊花鏈上的信號傳遞來確定哪個設備可以使用總線?？偩€上設備之間的通信方式可以通過同步通信和異步通信等方式來實現(xiàn)?？偩€仲裁方法和控制方式總線標準及發(fā)展歷程隨著計算機技術的發(fā)展，總線標準也在不斷演進和改進，從早期的ISA、EISA總線標準到PCI、PCI-Express等現(xiàn)代總線標準，總線的帶寬和傳輸速率不斷提高?？偨Y詞隨著計算機技術的不斷發(fā)展，總線標準也在不斷演進和改進。早期的計算機使用的是ISA、EISA等總線標準，這些標準的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代計算機的性能需求。因此，出現(xiàn)了PCI、PCI-Express等現(xiàn)代總線標準，這些標準的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，可以更好地滿足高性能計算機的性能需求。未來，隨著技術的不斷發(fā)展，總線標準將會繼續(xù)演進和改進，以適應更高的性能需求和技術挑戰(zhàn)。詳細描述06計算機系統(tǒng)性能評測計算機系統(tǒng)性能評測是指對計算機系統(tǒng)的性能進行評估和測量的過程，包括處理速度、內存容量、磁盤性能、網(wǎng)絡帶寬等方面。性能評測的目的是為了了解計算機系統(tǒng)的性能水平，發(fā)現(xiàn)瓶頸和潛在的優(yōu)化空間，為系統(tǒng)升級或優(yōu)化提供依據(jù)。性能評測的結果可以用于比較不同計算機系統(tǒng)的優(yōu)劣，幫助用戶選擇合適的計算機硬件配置。計算機系統(tǒng)性能評測的基本概念基準測試負載測試壓力測試性能指標計算機系統(tǒng)性能評測的方法和指標模擬實際應用場景，通過運行各種應用程序或模擬大量用戶請求來測試計算機系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。在極限負載情況下測試計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，通常通過長時間運行高負載任務或模擬大量用戶同時訪問系統(tǒng)來進行。包括處理速度、內存容量、磁盤讀寫速度、網(wǎng)絡帶寬等，這些指標可以量化地描述計算機系統(tǒng)的性能水平。使用專門的測試軟件或工具對計算機系統(tǒng)的各項性能指標進行測試，如處理器性能測試、內存速度測試等。通過