《计算机组成原理》课件

《计算机组成原理》ppt课件CONTENTS•计算机系统概述•中央处理器•存储器•输入输出系统•总线系统•计算机系统可靠性及安全性01计算机系统概述计算机的发展历程机械计算机时代1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒晶体管计算机时代20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强集成电路计算机时代20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场大规模集成电路计算机时代20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛计算机系统的组成硬件系统包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理部件软件系统包括操作系统、应用软件等程序通信系统负责计算机之间的数据传输和信息交换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执行存储程序计算机按照指令顺序执行，每条指令包括操程序被加载到内存中，然后按照程序顺序逐作码和操作数条执行02中央处理器CPU的结构控制器运算器负责协调计算机各部分的工作，接收并解释指执行算术和逻辑运算，处理数据令寄存器存储中间结果和指令CPU的工作原理指令译码执行指令控制器将指令寄存器中的根据译码结果，控制器向指令翻译成一系列微操作相关部件发送微操作信号，完成指令要求的操作指令结束取指令将结果存回内存或寄存器从内存中读取指令并放入指令寄存器CPU的性能指标速度执行指令的速度，通常以MIPS（百万条指令每秒）表示功耗CPU在工作时的能耗集成度CPU中晶体管的数量和密度可靠性CPU在正常工作条件下无故障运行的概率03存储器内存的分类与结构分类根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）RAM又可以分为DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）结构内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成每个存储单元阵列负责存储数据，地址译码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作内存的工作原理读写原理在RAM中，每个存储单元由一个或多个晶体管组成当给定一个地址码时，地址译码器会选中相应的存储单元，然后数据输入/输出缓冲器会进行数据的读写操作动态刷新对于DRAM，由于其存储单元是由电容组成的，因此需要定期刷新以保持数据不丢失内存的性能指标容量内存的容量决定了计算机可以同时处理的数据量速度内存的速度决定了计算机处理数据的快慢可靠性内存的可靠性决定了数据存储的安全性04输入输出系统输入输出设备的种类与特点输出设备显示器、打印机、投影仪、音响等输入设备键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、摄像头等特点不同类型的输入输出设备具有不同的功能和特点，适用于不同的应用场景输入输出接口的原理与结构输入输出接口的作常见的输入输出接原理与结构用口连接主机和外部设备，实现数据USB、HDMI、VGA、Serial、输入输出接口一般由多个信号线传输和控制信号的传递Parallel等组成，包括数据线、控制线和电源线等，通过不同的信号线组合实现不同的数据传输和控制功能输入输出系统的性能指标数据传输速率输入输出设备的传输速率越高，数据传输越快分辨率显示器等输出设备的分辨率越高，显示效果越清晰可靠性输入输出设备的可靠性越高，越不容易出现故障兼容性输入输出设备的兼容性越好，越容易与其他设备连接和配合使用05总线系统总线的种类与结构内部总线连接计算机内部各个模块，如CPU、内存、I/O设备等常见的内部总线有PCI、AGP等外部总线用于连接计算机与其他外部设备或计算机之间的通信常见的外部总线有USB、IEEE1394等系统总线连接计算机的主板上的各个部件，如CPU、内存、北桥、南桥等常见的系统总线有PCIe、SATA等总线的工作原理数据传输总线通过数据线和控制信号实现数据传输数据线上传输的是二进制数据，控制信号用于协调各个设备之间的通信时序总线的时序决定了数据传输的同步性时序信号由主设备产生，从设备根据时序信号完成数据的接收或发送仲裁当多个设备同时申请使用总线时，需要通过仲裁机制决定哪个设备可以使用总线常见的仲裁机制有轮询、竞争和分散式仲裁等总线的性能指标带宽传输速率总线每秒传输的次数，通常以总线每秒传输的字节数，通常以MHz或GHz为单位传输速率越MBps为单位带宽越大，数据传0103高，数据传输速度越快输速度越快吞吐量延迟0204总线在单位时间内传输的数据量总线传输数据所需的时间，通常吞吐量越大，数据传输效率越高以ns或μs为单位延迟越小，数据传输效率越高06计算机系统可靠性及安全性计算机系统的可靠性设计容错技术采用特殊的电路设计和算法，以检测和纠正硬件错硬件冗余设计误，例如奇偶校验和ECC内存通过增加硬件组件的数量来提高系统的可靠性，例如使用多个CPU或内存模块故障隔离将系统划分为多个独立的模块，每个模块具有自己的硬件和软件，以减少故障对整个系统的影响计算机系统的安全性设计010203访问控制数据加密安全审计通过验证用户身份和授权，限制使用加密算法对敏感数据进行加定期对系统进行安全审计，检查对系统资源的访问，防止未经授密，确保数据在传输和存储时的潜在的安全漏洞和恶意软件，并权的访问和数据泄露安全性及时修复和更新计算机系统的故障检测与恢复故障检测通过监控系统的状态和性能，及时发现硬件或软件的故障，并采取相应的措施故障隔离一旦发现故障，立即将其隔离，以防止故障扩大并对整个系统造成影响故障恢复在发现故障后，采取适当的措施进行恢复，例如重启系统、修复硬件或重新安装软件谢谢您的聆听THANKS。