計算機(jī)知識介紹

計算機(jī)知識介紹演講人：日期：目錄計算機(jī)技術(shù)概述計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)計算機(jī)器件和部件技術(shù)運(yùn)算方法和指令系統(tǒng)流水線原理在CPU設(shè)計中的應(yīng)用存儲體系、總線與輸入輸出技術(shù)01計算機(jī)技術(shù)概述定義計算機(jī)技術(shù)是指在計算機(jī)的設(shè)計和應(yīng)用中使用的各種技術(shù)和方法。分類計算機(jī)技術(shù)可以粗略地分為計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)器件技術(shù)、計算機(jī)部件技術(shù)和計算機(jī)組裝技術(shù)等幾個方面。定義與分類第一代電子管計算機(jī)研制（1958-1964年）我國從1957年開始研制通用數(shù)字電子計算機(jī)，1958年8月1日誕生了我國第一臺電子數(shù)字計算機(jī)，命名為103型計算機(jī)(即DJS-1型)。同時，開始了第一臺大型通用電子數(shù)字計算機(jī)(104機(jī))的研制工作。計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展隨著科技的不斷進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展，從電子管計算機(jī)逐漸發(fā)展到晶體管計算機(jī)、集成電路計算機(jī)，再到現(xiàn)在的智能計算機(jī)。發(fā)展歷程及現(xiàn)狀計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如科學(xué)研究、工程設(shè)計、商業(yè)管理、教育培訓(xùn)等。應(yīng)用領(lǐng)域未來計算機(jī)技術(shù)將繼續(xù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化等方向發(fā)展，并將在各個領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。同時，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也將帶來一些新的挑戰(zhàn)和問題，如信息安全、隱私保護(hù)等。前景展望應(yīng)用領(lǐng)域與前景展望02計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)硬件系統(tǒng)組成及功能輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等，用于將數(shù)據(jù)和指令輸入計算機(jī)。輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、音響等，用于將計算機(jī)處理的結(jié)果輸出給用戶。中央處理器CPU，是計算機(jī)的“大腦”，負(fù)責(zé)執(zhí)行所有的計算和處理任務(wù)。儲存設(shè)備硬盤、內(nèi)存、光盤等，用于存儲數(shù)據(jù)和程序。系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等，是計算機(jī)的基本軟件，負(fù)責(zé)管理計算機(jī)的硬件資源和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件辦公軟件、圖像處理軟件、編程軟件等，用于滿足用戶的特定需求。軟件開發(fā)包括需求分析、設(shè)計、編碼、測試和維護(hù)等階段，確保軟件的質(zhì)量和安全性。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)操作系統(tǒng)原理及功能處理器管理操作系統(tǒng)通過對處理器的管理，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理和并發(fā)操作，提高計算機(jī)的效率。存儲管理負(fù)責(zé)計算機(jī)存儲資源的分配、回收和保護(hù)，保證各個程序之間的數(shù)據(jù)互不干擾。文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)提供文件存儲、訪問、共享和保護(hù)的功能，方便用戶管理數(shù)據(jù)。設(shè)備管理負(fù)責(zé)計算機(jī)各類設(shè)備的驅(qū)動程序、設(shè)備的分配和調(diào)度，以及用戶與設(shè)備之間的交互。03計算機(jī)器件和部件技術(shù)CPU組成由數(shù)百萬到數(shù)十億的晶體管組成，包括控制單元、算術(shù)邏輯單元和寄存器。指令周期包括取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令和存儲結(jié)果四個步驟。運(yùn)算速度以每秒執(zhí)行的指令數(shù)來衡量，單位通常為MIPS或FLOPS。緩存技術(shù)利用高速緩存存儲常用數(shù)據(jù)，提高CPU的訪問速度。CPU結(jié)構(gòu)與工作原理RAM（隨機(jī)存取存儲器）可讀可寫，但斷電后數(shù)據(jù)會丟失。分為DRAM和SRAM兩種，DRAM需要定期刷新，SRAM則不需要。虛擬內(nèi)存技術(shù)利用硬盤空間模擬RAM，擴(kuò)展計算機(jī)內(nèi)存容量。存儲器層次結(jié)構(gòu)由寄存器、高速緩存、主存儲器和外存儲器組成，速度逐級降低，容量逐級增加。ROM（只讀存儲器）特點(diǎn)為只能讀取，不能寫入或修改。用于存儲固定程序和數(shù)據(jù)，如計算機(jī)啟動時的引導(dǎo)程序。存儲器類型及特點(diǎn)分析將外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能識別和處理的二進(jìn)制信息。包括鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、攝像頭等。將計算機(jī)處理后的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為人類可識別的形式。包括顯示器、打印機(jī)、音響等。用于連接輸入輸出設(shè)備與計算機(jī)主板，包括USB、HDMI、Bluetooth等。如觸摸屏、手寫板等，允許用戶更直接地與計算機(jī)進(jìn)行交互。輸入輸出設(shè)備簡介輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入輸出接口人機(jī)交互設(shè)備04運(yùn)算方法和指令系統(tǒng)從一個數(shù)中減去另一個數(shù)得到差。減法運(yùn)算兩個數(shù)相乘得到積。乘法運(yùn)算01020304基本的算術(shù)運(yùn)算，將兩個數(shù)相加得到和。加法運(yùn)算將一個數(shù)除以另一個數(shù)得到商。除法運(yùn)算基本運(yùn)算方法原理介紹指令系統(tǒng)概述與分類機(jī)器語言計算機(jī)硬件能夠直接識別和執(zhí)行的二進(jìn)制代碼。匯編語言用指令的符號表示機(jī)器語言，便于人類閱讀和編寫。高級語言更接近人類自然語言的編程語言，如C、Java等。指令類型數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)邏輯指令、程序控制指令、輸入輸出指令等。將指令由二進(jìn)制代碼翻譯成計算機(jī)能夠識別的操作。指令譯碼指令執(zhí)行過程剖析根據(jù)指令的需要，訪問內(nèi)存或寄存器中的操作數(shù)。操作數(shù)訪問根據(jù)指令的類型和操作數(shù)，完成相應(yīng)的操作。指令執(zhí)行將指令執(zhí)行的結(jié)果存儲到指定的位置。結(jié)果存儲05流水線原理在CPU設(shè)計中的應(yīng)用在程序執(zhí)行時多條指令重疊進(jìn)行操作的一種準(zhǔn)并行處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)。流水線技術(shù)的定義提高CPU的運(yùn)算速度。流水線技術(shù)的目的由5-6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，將一條指令分成5-6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行。流水線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式流水線技術(shù)基本概念流水線技術(shù)的局限性流水線中每個階段都有固定的時間，如果某個階段處理時間過長，會導(dǎo)致后續(xù)指令的等待。經(jīng)典奔騰的流水線設(shè)計每條整數(shù)流水線都分為四級流水，即取指令、譯碼、執(zhí)行、寫回結(jié)果，浮點(diǎn)流水又分為八級流水。流水線技術(shù)的優(yōu)勢通過并行處理多條指令，提高CPU的運(yùn)算速度。CPU設(shè)計中的流水線實(shí)現(xiàn)流水線沖突解決方法控制相關(guān)沖突解決方法采用動態(tài)流水線調(diào)度（DynamicPipelineScheduling）技術(shù)，通過調(diào)整指令的執(zhí)行順序來解決沖突。結(jié)構(gòu)相關(guān)沖突解決方法通過增加硬件資源，如增設(shè)獨(dú)立的運(yùn)算單元、指令譯碼器等，來避免沖突。數(shù)據(jù)相關(guān)沖突解決方法采用數(shù)據(jù)前送（DataForwarding）技術(shù)，即直接將前一條指令的結(jié)果送到下一條指令的運(yùn)算單元。06存儲體系、總線與輸入輸出技術(shù)存儲體系概述與層次結(jié)構(gòu)存儲體系定義以存儲為中心的存儲技術(shù)，是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。存儲層次結(jié)構(gòu)由不同速度、容量和價格的存儲器組成，包括寄存器、高速緩存、主存儲器、磁盤、光盤等。存儲體系的重要性提高計算機(jī)系統(tǒng)的性能和效率，滿足各類應(yīng)用對存儲容量、速度、價格等的需求。虛擬化存儲技術(shù)通過軟件層實(shí)現(xiàn)物理存儲資源的整合和優(yōu)化，提高存儲利用率和靈活性。計算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，是連接cpu、內(nèi)存、輸入輸出設(shè)備等的重要橋梁。數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸、地址的傳輸和控制信號的傳輸。高傳輸速率、多設(shè)備共享、靈活擴(kuò)展、低成本等。如PCI、PCIe、USB等，不同標(biāo)準(zhǔn)在傳輸速率、連接方式、應(yīng)用領(lǐng)域等方面有所不同?？偩€技術(shù)及其分類特點(diǎn)總線定義總線分類總線特點(diǎn)總線標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等，是用戶與計算機(jī)進(jìn)行交互的重要設(shè)備。輸入輸出技術(shù)發(fā)展趨勢多樣化、高性能、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。多樣化表現(xiàn)在輸入輸出設(shè)備的種類和接口上，如USB、藍(lán)牙、Wi-Fi等；高性能指輸入輸出設(shè)備的速度和精度不斷提高，如高分辨率顯示器、快速打印機(jī)等；智能化指輸入輸出設(shè)備具有自動識別、處理和控制功能，如智能音箱、手寫識別等；網(wǎng)絡(luò)化指輸入輸出設(shè)備可以通過網(wǎng)