廣工計算機組成原理課件

廣工計算機組成原理課件2023REPORTING計算機系統(tǒng)概述計算機的存儲系統(tǒng)CPU的硬件組織指令系統(tǒng)計算機的輸入輸出系統(tǒng)計算機的中斷系統(tǒng)計算機的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)計算機的硬件安全和保護(hù)技術(shù)目錄CATALOGUE2023PART01計算機系統(tǒng)概述2023REPORTING

計算機系統(tǒng)的基本組成計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其中硬件包括運算器、存儲器、控制器、輸入輸出設(shè)備等，軟件則包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫等。計算機系統(tǒng)的硬件和軟件相互依存，硬件是計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件則是計算機系統(tǒng)的靈魂。計算機系統(tǒng)的硬件和軟件協(xié)同工作，使得計算機能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的功能。控制器是計算機的指揮中心，用于控制計算機的各個部件協(xié)調(diào)工作。運算器是計算機的核心部件，用于執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算。計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)包括運算器、存儲器、控制器和輸入輸出設(shè)備。存儲器分為內(nèi)存和外存，內(nèi)存包括RAM和ROM，外存包括硬盤、U盤和光盤等。輸入輸出設(shè)備用于輸入和輸出數(shù)據(jù)，例如鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器等。計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)0103020405網(wǎng)絡(luò)層是計算機系統(tǒng)的最高層，它負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和管理網(wǎng)絡(luò)資源。應(yīng)用程序?qū)影ǜ鞣N應(yīng)用程序，如辦公軟件、圖像處理軟件和游戲等。操作系統(tǒng)層是連接硬件層和應(yīng)用程序?qū)拥闹虚g層，它提供了許多系統(tǒng)調(diào)用，使得應(yīng)用程序能夠使用硬件資源。計算機系統(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)雍途W(wǎng)絡(luò)層。硬件層是計算機系統(tǒng)的最底層，包括各種硬件設(shè)備，如CPU、內(nèi)存和硬盤等。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)PART02計算機的存儲系統(tǒng)2023REPORTING存儲器是計算機系統(tǒng)中的重要組成部分，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器定義根據(jù)存儲介質(zhì)的不同，存儲器可以分為半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器和光存儲器等。存儲器分類存儲器的性能指標(biāo)包括存儲容量、存取速度、可靠性等。存儲器性能指標(biāo)存儲器的基本概念隨機訪問存儲器隨機訪問存儲器是一種可以隨機讀寫數(shù)據(jù)的存儲器，包括動態(tài)隨機訪問存儲器和靜態(tài)隨機訪問存儲器。只讀存儲器只讀存儲器是一種只能讀取數(shù)據(jù)的存儲器，包括掩膜只讀存儲器和電可擦除只讀存儲器等。半導(dǎo)體存儲器的定義和分類半導(dǎo)體存儲器是以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的存儲器，分為隨機訪問存儲器和只讀存儲器兩大類。半導(dǎo)體存儲器磁表面存儲器的定義和原理磁表面存儲器是一種利用磁性材料進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的存儲器，包括硬磁盤和軟磁盤等。磁表面存儲器的優(yōu)缺點磁表面存儲器的優(yōu)點包括存儲密度高、可反復(fù)讀寫等，但缺點是存取速度較慢。磁表面存儲器光存儲器是一種利用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的存儲器，包括光盤、光磁盤等。光存儲器的優(yōu)點包括存儲密度高、可反復(fù)讀寫等，但缺點是存取速度較慢。光存儲器光存儲器的優(yōu)缺點光存儲器的定義和分類PART03CPU的硬件組織2023REPORTING主要負(fù)責(zé)算術(shù)運算和邏輯運算。運算器控制器寄存器時序產(chǎn)生器和控制單元主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個計算機系統(tǒng)的工作。用于存儲數(shù)據(jù)和指令。用于產(chǎn)生時序信號和控制指令的執(zhí)行。CPU的基本結(jié)構(gòu)指令的執(zhí)行過程解碼訪存對指令進(jìn)行解碼，確定指令的操作碼和操作數(shù)。訪問內(nèi)存以獲取或存儲數(shù)據(jù)。取指執(zhí)行回寫從內(nèi)存中讀取指令并放入指令寄存器中。根據(jù)操作碼和操作數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的操作。將結(jié)果寫回內(nèi)存或寄存器中。時序產(chǎn)生器和控制單元時序產(chǎn)生器用于產(chǎn)生時序信號，控制指令的執(zhí)行順序?？刂茊卧鶕?jù)指令的操作碼和操作數(shù)，控制指令的執(zhí)行過程。PART04指令系統(tǒng)2023REPORTING指令格式指令系統(tǒng)中的指令格式指的是一條指令的組成部分及其排列順序。通常包括操作碼和操作數(shù)兩個部分。指令類型根據(jù)指令的功能和用途，可以將指令分為多種類型，如單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令、無操作數(shù)指令等。指令格式和指令類型指令中直接包含操作數(shù)，無需尋找，操作數(shù)即為地址。立即尋址指令中包含操作數(shù)的地址，需要使用該地址來尋找操作數(shù)。直接尋址指令中包含操作數(shù)的地址指針，需要先讀取指針，再根據(jù)指針找到操作數(shù)。間接尋址指令中指定某個寄存器，操作數(shù)存儲在該寄存器中。寄存器尋址指令的尋址方式基礎(chǔ)指令用于控制程序執(zhí)行的順序和流程，如跳轉(zhuǎn)、分支等?？刂浦噶钶斎胼敵鲋噶钕到y(tǒng)調(diào)用指令01020403用于調(diào)用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，如創(chuàng)建進(jìn)程、進(jìn)程調(diào)度等。計算機最基礎(chǔ)的指令，如加法、減法、乘法等。用于與外部設(shè)備進(jìn)行交互，如讀寫文件、輸入輸出數(shù)據(jù)等。指令集結(jié)構(gòu)PART05計算機的輸入輸出系統(tǒng)2023REPORTING輸入/輸出系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中負(fù)責(zé)與外部世界進(jìn)行交互的子系統(tǒng)。I/O系統(tǒng)的定義I/O系統(tǒng)的功能I/O系統(tǒng)的組成從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，然后傳送到計算機系統(tǒng)的內(nèi)存中；將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中傳送到外部設(shè)備。輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、I/O控制器和數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。030201I/O系統(tǒng)概述以比特流的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，常見的串行接口包括RS-232和USB。串行接口以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，常見的并行接口包括IDE和SATA。并行接口用于連接計算機與其他計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口，常見的網(wǎng)絡(luò)接口包括RJ-45以太網(wǎng)接口和光纖接口。網(wǎng)絡(luò)接口I/O設(shè)備的接口通過CPU執(zhí)行輸入輸出指令來控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。程序控制方式通過CPU中斷處理程序來控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。中斷控制方式通過DMA控制器來控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，無需CPU介入。DMA方式通過通道程序來控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。通道控制方式I/O數(shù)據(jù)的傳輸方式PART06計算機的中斷系統(tǒng)2023REPORTING中斷定義01中斷是指計算機在執(zhí)行程序時，遇到突發(fā)情況，如硬件故障、軟件故障、I/O操作等，需要停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。中斷源02中斷源是指引起中斷的原因。常見的中斷源包括硬件故障、軟件故障、I/O操作等。中斷向量03中斷向量是指中斷處理程序的入口地址。每個中斷源都有一個相應(yīng)的中斷向量。中斷的基本概念中斷處理程序中斷處理程序是負(fù)責(zé)處理中斷的程序，它通常由操作系統(tǒng)提供。中斷處理程序通常包括中斷服務(wù)例程（ISR）和中斷處理程序（IHP）。中斷機構(gòu)中斷機構(gòu)是指實現(xiàn)中斷功能的硬件和軟件系統(tǒng)。它包括中斷控制器、中斷向量表、中斷屏蔽位等。中斷處理程序和中斷機構(gòu)VS中斷優(yōu)先級是指各個中斷源的優(yōu)先級。高優(yōu)先級的中斷可以打斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷。多重中斷的處理當(dāng)多個中斷源同時發(fā)生時，系統(tǒng)需要按照一定的規(guī)則來選擇處理哪個中斷。常見的處理規(guī)則包括：先來先服務(wù)、優(yōu)先級最高先服務(wù)、緊急程度最高先服務(wù)等。中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級和多重中斷的處理PART07計算機的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)2023REPORTING03操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)具有并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性。01操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計算機硬件和軟件資源。02操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)的主要功能包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。操作系統(tǒng)的基本概念123進(jìn)程是操作系統(tǒng)中一個獨立的執(zhí)行實體，包括程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源。進(jìn)程具有唯一性、獨立性、異步性和組合性。進(jìn)程的定義和屬性進(jìn)程在運行過程中會經(jīng)歷三種狀態(tài)，分別是就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)，并且在這三種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)中一個重要的組成部分，負(fù)責(zé)分配處理機，實現(xiàn)進(jìn)程的切換和調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程管理和調(diào)度存儲器分為高速緩存、內(nèi)存、磁盤和輔助存儲器等多個層次，不同層次的存儲器具有不同的訪問速度和容量。存儲器的層次結(jié)構(gòu)內(nèi)存管理負(fù)責(zé)分配和回收內(nèi)存空間，同時保證各個進(jìn)程之間的隔離和安全。內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存是一種內(nèi)存管理技術(shù)，通過將部分磁盤空間映射到內(nèi)存中，可以擴大程序的地址空間，提高內(nèi)存利用率。虛擬內(nèi)存存儲管理PART08計算機的硬件安全和保護(hù)技術(shù)2023REPORTING指計算機系統(tǒng)在運行過程中，確保其硬件部分不受到任何損壞，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露、系統(tǒng)崩潰等不良現(xiàn)象。硬件安全指為計算機硬件提供物理保護(hù)，防止非法訪問或惡意攻擊，同時避免非授權(quán)訪問或使用硬件資源。硬件保護(hù)硬件安全和保護(hù)的基本概念數(shù)字簽名通過數(shù)字簽名技術(shù)驗證數(shù)據(jù)的來源和完整性，確保數(shù)據(jù)不被篡改或偽造。入侵檢測系統(tǒng)（IDS）IDS是一種監(jiān)控和識別網(wǎng)絡(luò)攻擊的系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量，發(fā)現(xiàn)異常行為并及時報警。防火墻技術(shù)利用防火墻設(shè)備隔離網(wǎng)絡(luò)中的安全區(qū)域和非安全區(qū)域，控制網(wǎng)絡(luò)流量，以保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不受外部攻擊。