计算机组成原理李小勇课件

计算机组成原理李小勇课件•计算机系统概述•运算器contents•存储器•指令系统目录•中央处理器•总线系统•输入输出系统01计算机系统概述计算机的发展历程0102030405机械计算机时代电子计算机时代小型化与集成电微处理器与个人互联网与云计算路时代计算机时代时代19世纪，利用齿轮等机械20世纪40年代，使用电子20世纪60年代，晶体管取20世纪70年代，微处理器20世纪90年代至今，计算部件实现算术和逻辑运算管作为基础元件，体积庞代电子管，集成电路出现成为计算机的核心部件，机网络技术飞速发展，云大，耗能高个人计算机开始普及计算、大数据等技术兴起计算机系统的基本组成硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入输出设备等部分软件系统包括系统软件和应用软件，系统软件负责管理计算机的资源，应用软件用于实现特定的功能操作系统作为硬件和软件之间的接口，负责管理计算机的硬件和软件资源，提供用户界面和应用程序运行环境计算机的主要性能指标运算速度存储容量指计算机执行指令或处理数据的能力，指计算机存储器所能容纳的数据量，通常以每秒执行的指令数或浮点运算包括内存储器和外存储器次数来衡量可靠性可维护性指计算机在规定条件下和规定时间内指计算机在使用过程中维护的难易程完成规定功能的能力，通常用平均无度和维护费用，包括软件的升级、漏故障时间来衡量洞修复等02运算器算术逻辑单元功能进行算术运算和逻辑运算组成由加法器、比较器、多路选择器等组成工作原理接收操作数，根据指令执行加法、减法、乘法、除法等运算，并输出结果寄存器功能01暂存数据和指令组成02由触发器组成工作原理03接收数据，保存并快速提供给运算器使用控制器功能组成工作原理控制计算机各部件协调工作由指令计数器、指令寄存器、译根据指令计数器和指令寄存器的码器等组成值，译码后产生控制信号，控制各部件完成相应操作乘法器和除法器功能执行乘法和除法运算组成由多个加法器和存储器组成工作原理通过连续加法和移位操作实现乘法和除法运算03存储器存储器的分类按读写方式分随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）等按存储介质分磁芯存储器、半导体存按存取方式分储器、光盘存储器等直接存取存储器（DAM）、间接存取存储器（I/O存储器）、相联存储器等随机存取存储器（RAM）特点可以随时读写，速度很快，但断电后数据会丢失1分类静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取2存储器（DRAM）应用用作主存储器（内存）3只读存储器（ROM）特点应用只能读出数据，不能写入数用作微机系统的固件、电子据，断电后数据不会丢失表、电子计算器的程序存储器分类掩膜只读存储器（MROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、紫外线擦除可编程只读存储器（UVEPROM）高速缓存存储器（Cache）特点介于CPU和主存之间，其容量小而速度快，用来存放CPU最近使用过的数据分类一级缓存、二级缓存、三级缓存等工作原理当CPU要访问某一数据时，先访问高速缓存，若所需数据在其中，则直接访问；否则再去访问主存04指令系统指令格式操作码地址码表示指令执行的特定操作表示操作数所在内存单元的地址或寄存器的名称修饰位用于表示指令的某种属性，如是否为特权指令、是否为中断指令等寻址方式立即寻址操作数直接包含在指令中寄存器寻址操作数存储在寄存器中，通过寄存器名称来指定内存寻址操作数存储在内存单元中，通过内存单元地址来指定间接寻址操作数的地址通过间接给出，通常用于访问数组元素或结构体成员指令类型算术运算指令控制转移指令用于执行加、减、乘、除等算用于改变程序的执行流程，如术运算条件转移、无条件转移等数据传输指令逻辑运算指令系统调用指令用于在寄存器、内存和输入/用于执行与、或、非等逻辑运用于实现操作系统提供的服务输出设备之间传输数据算功能，如文件操作、进程控制等05中央处理器CPU的功能和组成功能运算、控制和存储组成运算器、控制器、寄存器控制单元功能解析指令，产生控制信号组成指令寄存器、解码器、控制信号发生器执行单元功能执行指令组成算术逻辑单元、执行机构06总线系统总线的分类和性能指标概述总线可以根据传输速率、连接设备数量、数据传输方式等不同特征进行分类性能指标主要包括数据传输速率、可靠性、兼容性、成本等总线的分类和性能指标数据传输速率数据传输速率是衡量总线性能的重要指标，它决定了总线传输数据的快慢常见的数据传输速率有100Mbps、1Gbps、10Gbps等总线的分类和性能指标连接设备数量总线的连接设备数量也称为负载能力，它决定了总线能够支持多少设备同时进行数据传输负载能力越强，总线的性能越好总线的分类和性能指标数据传输方式总线的数据传输方式可以分为并行传输和串行传输两种并行传输速度快，但需要多条线路；串行传输只需要一条线路，但速度较慢总线的工作原理和实现方式总线的工作原理可以概括为“时分复用”在总线上，输入02工作原理标题多个设备共享一条物理线路，通过不同的时间片来区分各个设备的数据传输0103总线的实现方式包括物理层设计和协议层设计物理04层设计主要关注线路的物理特性，如电压、阻抗等；实现方式协议层设计则关注数据传输的规则和顺序总线仲裁和数据传输方式总线仲裁当多个设备同时向总线发送数据时，就需要总线仲裁来决定哪个设备优先进行数据传输常见的总线仲裁算法有菊花链仲裁、矩阵仲裁等数据传输方式数据传输方式可以分为同步传输和异步传输两种同步传输需要一个统一的时钟信号来协调数据的发送和接收；异步传输则不需要时钟信号，但数据的发送和接收需要自己协商07输入输出系统输入输出设备输入设备键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、摄像头等输出设备显示器、打印机、音响等存储设备硬盘、U盘、光盘等输入输出接口并行接口串行接口数据传输速率较高，但连接线较多，常用在数据传输速率较低，但连接线较少，常用在打印机等设备上鼠标、键盘等设备上USB接口HDMI接口通用串行总线接口，支持热插拔，应用广泛高清多媒体接口，支持音频和视频传输入输出控制方式中断方式设备在需要传输数据时向CPU发出中断请求，CPU响应后进行数据传程序查询方式主程序通过查询设备状态来决定是否进行数据传I/O通道方式CPU通过I/O通道对设备进行统一管理和控制DMA方式设备通过DMA控制器直接与内存进行数据传输，无需CPU介入THANKS感谢观看。