《計算機組成技術(shù)》課件

《計算機組成技術(shù)》ppt課件contents目錄計算機系統(tǒng)概述中央處理器存儲器輸入輸出系統(tǒng)計算機系統(tǒng)總線計算機組成技術(shù)的發(fā)展趨勢01計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)的基本組成包括硬件和軟件兩部分，硬件包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件?？偨Y(jié)詞計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。硬件是計算機的物理裝置，包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等。軟件是運行在計算機上的程序和數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯器等，應(yīng)用軟件則是滿足特定需求的程序。詳細描述計算機系統(tǒng)的基本組成總結(jié)詞計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是指將計算機系統(tǒng)自底向上劃分為硬件層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序?qū)拥榷鄠€層次，每一層都有其特定的功能和接口。要點一要點二詳細描述計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是一種抽象表示，它將計算機系統(tǒng)自底向上劃分為多個層次，每一層都有其特定的功能和接口。最底層是硬件層，包括各種物理設(shè)備和組件。上一層是操作系統(tǒng)層，負責管理硬件資源、進程調(diào)度等。再上一層是應(yīng)用程序?qū)?，包括各種應(yīng)用程序和軟件。這種層次結(jié)構(gòu)有助于降低系統(tǒng)的復雜性，提高可維護性和可擴展性。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)總結(jié)詞：計算機系統(tǒng)的性能指標主要包括運算速度、存儲容量、輸入輸出能力、可靠性等，這些指標是衡量計算機性能的重要依據(jù)。詳細描述：計算機系統(tǒng)的性能指標是衡量計算機性能的重要依據(jù)。其中，運算速度是指計算機執(zhí)行指令或處理數(shù)據(jù)的能力，通常用每秒執(zhí)行的指令數(shù)或浮點運算次數(shù)來衡量。存儲容量是指計算機存儲數(shù)據(jù)和程序的能力，通常用內(nèi)存容量和硬盤容量來衡量。輸入輸出能力是指計算機與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，通常用傳輸速率來衡量?？煽啃詣t是指計算機在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定任務(wù)的能力，通常用平均無故障時間來衡量。這些性能指標對于選擇和使用計算機具有重要的指導意義。計算機系統(tǒng)的性能指標02中央處理器功能運算器、控制器、寄存器組成運算邏輯部件、控制部件、寄存器部件、高速緩存等CPU的功能和組成字長指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，頻率越高，處理速度越快緩存容量指CPU高速緩存的容量，緩存越大，數(shù)據(jù)訪問速度越快指令集指CPU所支持的指令集，指令集越豐富，CPU的功能越強大CPU的主要性能指標CPU的發(fā)展歷程8位處理器32位處理器代表產(chǎn)品為ZilogZ80和MotorolaMC6800代表產(chǎn)品為Intel80386和MotorolaPowerPC4位處理器16位處理器64位處理器代表產(chǎn)品為Intel4004代表產(chǎn)品為Intel8086和MotorolaMC68000代表產(chǎn)品為IntelItanium和AMDOpteronCPU的指令系統(tǒng)機器指令匯編語言高級語言用助記符表示指令，便于記憶和書寫接近自然語言，易學易用，可移植性好由二進制代碼表示，直接控制硬件動作03存儲器按存儲介質(zhì)分，有半導體存儲器、磁表面存儲器和光盤存儲器等；按存取方式分，有隨機存儲器和順序存儲器。從上到下依次為寄存器、高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器。存儲器的分類與層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的分類存儲單元是主存儲器中最小的信息單位，由一個二進制位（bit）組成。容量擴展通過字擴展和位擴展兩種方式實現(xiàn)。主要組成由存儲體、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和讀寫控制邏輯組成。主存儲器03命中時間指CPU訪問Cache時，Cache中能夠提供所需數(shù)據(jù)或指令的時間。01工作原理利用程序局部性原理，將頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)預先取到Cache中，以減少對主存的訪問次數(shù)。02容量一般為4KB~256KB。高速緩沖存儲器（Cache）主要功能用于存放暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，與內(nèi)存儲器相比，具有容量大、價格低、永久保存數(shù)據(jù)的優(yōu)點。常見類型有磁帶、軟盤、硬盤等。外存儲器04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(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)，包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。輸入設(shè)備用于將數(shù)據(jù)和信息輸入到計算機中，如鍵盤、鼠標、掃描儀等；輸出設(shè)備用于將計算機中的數(shù)據(jù)和信息輸出到外部介質(zhì)上，如顯示器、打印機、音響等。輸入輸出系統(tǒng)的性能和效率直接影響到整個計算機系統(tǒng)的性能和效率。輸入輸出系統(tǒng)的基本概念常見的輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀、攝像頭等，它們能夠?qū)⑼獠啃畔⑥D(zhuǎn)換為計算機能夠識別的信號。常見的輸出設(shè)備包括顯示器、打印機、音響等，它們能夠?qū)⒂嬎銠C中的信息轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備能夠識別的信號。隨著技術(shù)的發(fā)展，新型的輸入輸出設(shè)備不斷涌現(xiàn)，如虛擬現(xiàn)實設(shè)備、智能家居設(shè)備等。輸入輸出設(shè)備常見的輸入輸出接口包括USB、HDMI、VGA、Serial等，它們支持多種類型的設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。輸入輸出接口的性能和規(guī)范會影響到設(shè)備的兼容性和傳輸速率。輸入輸出接口是連接計算機與外部設(shè)備的橋梁，負責傳輸數(shù)據(jù)和控制信號。輸入輸出接口

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式是指輸入輸出系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方式，包括并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是指數(shù)據(jù)在多個通道上同時傳輸，具有傳輸速度快、傳輸距離短的特點，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。串行傳輸是指數(shù)據(jù)在一條通道上按順序傳輸，具有傳輸速度慢、傳輸距離長的特點，適用于長距離數(shù)據(jù)傳輸。05計算機系統(tǒng)總線總線的分類和性能指標重要概念總線根據(jù)傳輸速率快慢可分為高速和低速總線，根據(jù)連接的部件多少可分為單總線、雙總線和多總線?？偩€的性能指標包括數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離、可靠性、兼容性和成本等。01詳細描述02根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率，總線可分為高速和低速總線。高速總線用于連接高速設(shè)備，如CPU和內(nèi)存，而低速總線則用于連接低速設(shè)備，如硬盤和打印機。03總線的傳輸距離也對其性能產(chǎn)生影響。長距離傳輸可能導致信號衰減和延遲，因此需要采取措施來補償這些影響?？偩€的分類和性能指標總線的可靠性也是重要的性能指標，高可靠性的總線設(shè)計可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性?？偩€的成本也是設(shè)計者需要考慮的因素。在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡可能選擇成本較低的總線。總線的兼容性是指一種總線標準下不同廠商生產(chǎn)的各種設(shè)備或部件都能相互連接并正常工作的特性。為了提高兼容性，許多總線標準都是公開的，并得到了廣泛的認可和應(yīng)用?？偩€的分類和性能指標重要概念系統(tǒng)總線是計算機內(nèi)部各部件之間傳輸信息的公共通道，分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線詳細描述數(shù)據(jù)總線用于在計算機內(nèi)部各部件之間傳輸數(shù)據(jù)，其寬度（即一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)）直接影響著數(shù)據(jù)傳輸速率。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)總線的寬度已經(jīng)從最初的4位、8位發(fā)展到如今的64位甚至更高。地址總線用于指示要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。通過地址總線，CPU可以向內(nèi)存或其他設(shè)備發(fā)送地址信號，以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。地址總線的位數(shù)決定了可直接訪問的內(nèi)存單元數(shù)量，從而影響系統(tǒng)的尋址能力?？刂瓶偩€用于傳輸控制信號，如讀寫信號、中斷信號等?？刂瓶偩€確保了各部件之間的協(xié)調(diào)工作，使得整個計算機系統(tǒng)能夠有序地運行。重要概念外部總線是計算機與外部設(shè)備或計算機與計算機之間傳輸信息的通道。常見的外部總線包括USB、Ethernet等。詳細描述外部總線在計算機與外部設(shè)備之間建立通信，使得外部設(shè)備能夠與計算機交換數(shù)據(jù)。常見的外部設(shè)備包括打印機、掃描儀、攝像頭、移動存儲設(shè)備等。外部總線的設(shè)計應(yīng)考慮到傳輸速率、傳輸距離、連接方式、接口類型等多種因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，外部總線的傳輸速率也在不斷提高，以滿足各種外部設(shè)備的通信需求。0102030405外部總線06計算機組成技術(shù)的發(fā)展趨勢多核處理器技術(shù)是計算機組成領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢之一，它通過將多個處理器核心集成到一個芯片上，提高了計算機的處理能力和能效?？偨Y(jié)詞多核處理器技術(shù)允許多個處理器核心同時工作，從而提高了并行處理能力。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、個人電腦和移動設(shè)備等領(lǐng)域，顯著提升了計算性能和能效。詳細描述多核處理器技術(shù)總結(jié)詞異構(gòu)計算技術(shù)利用不同類型的處理器和算法，以適應(yīng)不同類型的工作負載，從而提高計算機的整體性能。詳細描述異構(gòu)計算技術(shù)結(jié)合了中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、數(shù)字信號處理器（DSP）等不同類型的處理器，以實現(xiàn)最佳性能。這種技術(shù)在處理復雜計算任務(wù)時表現(xiàn)出色，如