計算機組成原理本課件將帶您深入了解計算機系統的核心組成部分，探索從數據表示到指令執行的奧秘。計算機系統概述硬件包括CPU、內存、存儲器、輸入輸出設備等。軟件包括操作系統、應用程序、驅動程序等。數據的表示1進制轉換了解不同進制之間的轉換方法，如十進制、二進制、八進制、十六進制。2編碼方式學習常用的編碼方式，例如ASCII、Unicode、BCD碼等。3數據類型掌握整數、浮點數、字符等基本數據類型的表示方式。數字邏輯電路基本邏輯門了解與門、或門、非門、異或門等基本邏輯門的特性和功能。組合邏輯電路學習組合邏輯電路的設計方法，例如加法器、譯碼器、編碼器等。時序邏輯電路了解時序邏輯電路的設計方法，例如計數器、寄存器等。存儲器主存儲器用于存放正在運行的程序和數據，速度快、容量小、價格高。輔助存儲器用于長期保存數據，速度慢、容量大、價格低。高速緩存用于存放經常訪問的數據，速度更快、容量更小。CPU結構1控制單元負責控制指令的執行流程，協調各個部件的工作。2運算單元負責執行算術運算、邏輯運算等操作。3寄存器組用于存放中間運算結果、指令地址等臨時數據。指令系統指令格式了解指令的組成結構，包括操作碼、操作數等。尋址方式學習不同的尋址方式，例如立即尋址、寄存器尋址、直接尋址等。指令類型掌握數據傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令等不同指令類型。總線系統1總線概念2總線類型3總線結構4總線控制輸入輸出系統1I/O設備輸入設備：鍵盤、鼠標等。輸出設備：顯示器、打印機等。2I/O接口連接I/O設備和計算機系統之間的橋梁，進行數據轉換和信號控制。3I/O控制方法了解程序控制I/O、中斷控制I/O、DMA控制I/O等方法。中斷機制1中斷源觸發中斷的事件，例如鍵盤輸入、磁盤讀寫完成等。2中斷處理操作系統接管控制權，處理中斷事件。3中斷返回返回中斷前的程序，繼續執行。計算機性能評價CPU性能評價指標：主頻、指令集、緩存大小等。內存性能評價指標：帶寬、延遲、容量等。磁盤性能評價指標：傳輸速率、訪問時間、容量等。計算機硬件發展趨勢數值運算整數運算了解定點整數的表示方法，掌握加減乘除等基本運算。浮點數運算學習浮點數的表示方法，掌握浮點數加減乘除等運算。計數器和寄存器1計數器用于計數，例如程序計數器、指令計數器。2寄存器用于臨時存儲數據，例如通用寄存器、狀態寄存器。存儲器層次結構一級緩存速度最快、容量最小，用于存放最常訪問的數據。二級緩存速度較快、容量中等，用于存放一級緩存中沒有的數據。三級緩存速度較慢、容量最大，用于存放二級緩存中沒有的數據。緩存技術緩存一致性確保多個緩存之間數據的一致性，避免數據沖突。緩存替換策略當緩存滿時，選擇淘汰哪些數據，常用的策略有LRU、FIFO等。緩存命中率評價緩存性能的重要指標，表示緩存中命中的比例。CPU流水線1流水線概念2流水線階段3流水線性能4流水線沖突超標量處理器1超標量概念2指令調度3數據依賴指令級并行1指令流水線2超標量技術3多核處理器數據級并行向量處理器同時處理多個數據元素。SIMD指令集使用單條指令操作多個數據。內存管理內存分配管理內存空間的分配和回收，保證程序正常運行。內存保護防止不同程序之間相互干擾，保證系統安全穩定。虛擬存儲器1分頁系統將內存空間劃分為固定大小的頁面，實現虛擬內存到物理內存的映射。2分段系統將程序劃分為邏輯段，每個段都有獨立的地址空間。設備控制設備驅動程序負責管理和控制具體設備，提供統一的接口。設備控制器負責控制設備的操作，與設備進行數據交換。I/O中斷當設備完成操作時，向CPU發送中斷信號，通知CPU進行處理。中斷處理1中斷向量表2中斷服務程序3中斷返回I/O系統性能分析1數據傳輸速率2訪問時間3I/O利用率DMA1DMA概念直接內存訪問，允許I/O設備直接訪問內存，無需CPU干預。2DMA控制器負責管理DMA操作，控制數據傳輸過程。3DMA優點提高I/O效率，減輕CPU負擔。并行處理架構多核處理器在一個芯片上集成多個CPU核心，提高計算能力。集群系統將多個獨立的計算機系統連接在一起，形成一個高性能計算平臺。并行編程模型線程模型使用線程來并發執行任務，例如多線程編程。消息傳遞模型使用消息傳遞機制在不同進程之間進