哈工大計(jì)算機(jī)組成原理第七章課件唐朔飛老師

哈工大計(jì)算機(jī)組成原理第七章課件唐朔飛老師目錄第七章概述指令系統(tǒng)中央處理器存儲(chǔ)器輸入輸出系統(tǒng)01第七章概述02030401章節(jié)目標(biāo)掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念和原理。理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)方法。了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和前沿技術(shù)。章節(jié)內(nèi)容計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成、發(fā)展歷程和分類方法。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)詳細(xì)闡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，包括硬件層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序?qū)拥龋约案鲗哟沃g的關(guān)系和交互方式。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，如指令周期、主頻、內(nèi)存帶寬等，以及如何通過這些指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和前沿技術(shù)介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，如并行計(jì)算、云計(jì)算、量子計(jì)算等，以及當(dāng)前的前沿技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器、光子計(jì)算機(jī)等。02指令系統(tǒng)指令指令是計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的命令，由操作碼和操作數(shù)組成。指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中所有指令的集合，是計(jì)算機(jī)硬件與軟件之間的接口。指令系統(tǒng)的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，指令系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和完善。指令系統(tǒng)的基本概念完備性指令系統(tǒng)應(yīng)包含計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行所需的各種指令，滿足各種應(yīng)用的需求。簡(jiǎn)明性指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單明了，易于理解和使用。統(tǒng)一性指令的格式和表示方法應(yīng)統(tǒng)一，方便編寫和維護(hù)。高效性指令系統(tǒng)應(yīng)能高效地完成各種計(jì)算任務(wù)，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和效率。指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則根據(jù)指令的功能，可以將指令分為算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、控制指令、輸入輸出指令等。根據(jù)操作數(shù)的尋址方式，可以將指令分為立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。指令系統(tǒng)的分類按尋址方式分類按功能分類03中央處理器03輸入輸出功能CPU能夠處理輸入輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。01數(shù)據(jù)處理功能CPU能夠執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等各種數(shù)據(jù)操作，處理數(shù)據(jù)。02控制功能CPU能夠根據(jù)指令控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，保證計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。CPU的功能運(yùn)算器是CPU中執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加工和處理。運(yùn)算器控制器是CPU中的指揮中心，負(fù)責(zé)控制指令的執(zhí)行順序和時(shí)序。控制器寄存器是CPU中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令的部件，用于暫存數(shù)據(jù)和指令。寄存器CPU的組成CPU的結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是CPU能夠執(zhí)行的指令集合，包括各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等操作。流水線技術(shù)流水線技術(shù)是CPU中采用的一種并行處理技術(shù)，將一條指令的執(zhí)行過程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)階段由不同的處理單元完成，以提高CPU的執(zhí)行效率。多核技術(shù)多核技術(shù)是CPU中采用的一種并行處理技術(shù)，通過集成多個(gè)核心，實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程的同時(shí)執(zhí)行，提高CPU的處理能力。04存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由半導(dǎo)體器件組成的存儲(chǔ)器，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。磁表面存儲(chǔ)器利用磁性材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)，如磁盤和磁帶。存儲(chǔ)器的分類光學(xué)存儲(chǔ)器：利用光學(xué)原理進(jìn)行信息存儲(chǔ)，如光盤。存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器（ROM）只能讀出數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。順序存取存儲(chǔ)器（SAM）按照順序進(jìn)行讀寫，速度較慢。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）可以隨時(shí)讀寫，速度較快，但斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失。存儲(chǔ)器的分類作用主存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要存儲(chǔ)器，用于存放運(yùn)算過程中的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)。組成主存儲(chǔ)器由多個(gè)存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)單元都有一個(gè)唯一的地址。容量主存儲(chǔ)器的容量通常以字節(jié)為單位，隨著技術(shù)的發(fā)展，容量越來越大。速度主存儲(chǔ)器的速度與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能密切相關(guān)，需要不斷提高。主存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器是為了解決CPU與主存儲(chǔ)器之間速度不匹配的問題而設(shè)置的。作用原理分類管理方式通過將CPU近期訪問的數(shù)據(jù)存放在一個(gè)快速的緩存中，可以大大提高CPU訪問數(shù)據(jù)的速度。高速緩沖存儲(chǔ)器可以分為一級(jí)緩存、二級(jí)緩存等，級(jí)別越高速度越快，容量越小。高速緩沖存儲(chǔ)器的管理通常由硬件自動(dòng)完成，不需要程序員干預(yù)。高速緩沖存儲(chǔ)器05輸入輸出系統(tǒng)輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、攝像頭等，用于將用戶輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)。輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、音響等，用于將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人類可識(shí)別的信號(hào)。I/O設(shè)備I/O接口是連接I/O設(shè)備與主機(jī)之間的橋梁，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)和控制設(shè)備操作。定義常見的I/O接口有串行接口、并行接口、USB接口、SATA接口等。類型I/O接口01020304程序查詢方式通過程序不斷查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。中斷方式當(dāng)設(shè)備就緒時(shí)，向主機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)