計算機組成知識匯報人：19目錄02硬件系統(tǒng)01計算機概述03軟件系統(tǒng)04計算機的運算基礎05計算機指令系統(tǒng)06計算機的存儲系統(tǒng)01計算機概述Chapter計算機是一種能接收和存儲信息，并按照存儲在其中的程序進行操作的電子設備。計算機定義計算機經(jīng)歷了從機械計算、電子管計算機、晶體管計算機到集成電路計算機和大規(guī)模集成電路計算機的發(fā)展過程，目前正在向智能化方向發(fā)展。計算機的發(fā)展計算機的定義與發(fā)展計算機的分類計算機可以按照性能、用途、規(guī)模等多種方式進行分類，如超級計算機、工業(yè)控制計算機、個人計算機等。計算機應用領(lǐng)域計算機已廣泛應用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、實時控制、計算機輔助設計、人工智能等多個領(lǐng)域。計算機的分類與應用領(lǐng)域計算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，硬件系統(tǒng)包括中央處理器、內(nèi)存、輸入輸出設備等，軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、應用軟件等。計算機通過輸入設備接收用戶輸入的指令和數(shù)據(jù)，經(jīng)中央處理器處理后，將結(jié)果輸出到輸出設備上。整個過程中，計算機按照存儲程序進行自動控制和操作。計算機的基本組成計算機的工作原理計算機的基本組成與工作原理02硬件系統(tǒng)Chapter中央處理器構(gòu)成中央處理器由運算器和控制器組成，其中運算器負責算術(shù)和邏輯運算，控制器負責指令的解碼和執(zhí)行。性能指標主頻、核心數(shù)量、緩存大小等是衡量CPU性能的重要指標。制造工藝隨著技術(shù)的發(fā)展，CPU的制造工藝不斷進步，從微米級到納米級，使得性能大幅提升。功耗與散熱隨著性能的提升，CPU的功耗也隨之增加，因此散熱成為保證CPU穩(wěn)定運行的重要因素。存儲器存儲器分為內(nèi)存和外存，內(nèi)存包括隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM），外存主要包括硬盤、光盤等。分類存儲器用于存儲計算機的程序和數(shù)據(jù)，其中RAM是臨時存儲，ROM是永久存儲。存儲器的存取速度以納秒為單位，其中RAM的存取速度最快，但斷電后數(shù)據(jù)會丟失。功能存儲器的存儲容量以字節(jié)為單位，常用的單位有KB、MB、GB、TB等。存儲單位01020403存取速度輸入設備包括鍵盤、鼠標、掃描儀等，用于將數(shù)據(jù)輸入到計算機中。輸出設備包括顯示器、打印機、音響等，用于將計算機處理后的數(shù)據(jù)輸出給用戶。輸入輸出設備通過接口與計算機主板連接，常見的接口有USB、HDMI、VGA等。輸入輸出設備需要相應的驅(qū)動程序才能在計算機上正常工作，驅(qū)動程序通常由設備制造商提供。輸入輸出設備輸入設備輸出設備輸入輸出接口設備驅(qū)動程序主板是計算機的“骨架”，上面安裝了CPU、內(nèi)存、硬盤等硬件。主板結(jié)構(gòu)主板上提供擴展槽，用于安裝各種擴展卡，如顯卡、聲卡等，以擴展計算機的功能。擴展槽總線是計算機內(nèi)部各個部件之間傳輸數(shù)據(jù)的通道，分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。總線結(jié)構(gòu)芯片組是主板上的重要組成部分，負責連接CPU和其他設備的橋梁，決定主板的性能和穩(wěn)定性。芯片組主板與總線結(jié)構(gòu)03軟件系統(tǒng)Chapter系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)控制和管理計算機硬件和軟件資源的系統(tǒng)軟件，是用戶與計算機硬件之間的接口。設備驅(qū)動程序與硬件設備交互的軟件，用于驅(qū)動硬件設備正常工作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進行管理和維護的軟件，包括數(shù)據(jù)存儲、查詢、修改等功能。實用程序執(zhí)行一些特定功能的軟件，如文件管理工具、系統(tǒng)維護工具等。辦公軟件包括文字處理、電子表格、演示文稿等，用于日常辦公和文檔處理。圖像處理軟件用于圖像編輯、設計、制作等，如Photoshop、GIMP等。編程開發(fā)軟件用于編寫、調(diào)試和運行程序，如集成開發(fā)環(huán)境（IDE）等。教育與娛樂軟件包括教育軟件、游戲、音樂和視頻播放軟件等，用于娛樂和學習。應用軟件軟件開發(fā)與運行環(huán)境軟件開發(fā)工具包括編程語言、開發(fā)工具、測試工具等，用于創(chuàng)建和測試軟件。軟件運行環(huán)境包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、Web服務器等，用于運行和展示軟件。軟件測試與調(diào)試在軟件開發(fā)過程中，對軟件進行測試和調(diào)試，以確保軟件的質(zhì)量和穩(wěn)定性。軟件版本控制對軟件版本進行管理和控制，以便于團隊協(xié)作和軟件維護。軟件安全漏洞分析并發(fā)現(xiàn)軟件中的安全漏洞，及時采取措施進行修補。軟件安全與保護01軟件加密與解密通過加密技術(shù)保護軟件的知識產(chǎn)權(quán)和用戶數(shù)據(jù)的安全。02訪問控制與權(quán)限管理對軟件的訪問進行控制和權(quán)限管理，防止非法使用和數(shù)據(jù)泄露。03軟件備份與恢復定期備份軟件和數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)崩潰。0404計算機的運算基礎Chapter編碼方式將字符、圖像等轉(zhuǎn)換成二進制代碼的過程稱為編碼，常見的編碼方式有ASCII碼、Unicode等。數(shù)制基本概念數(shù)制是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法，包含基數(shù)和位權(quán)兩個基本要素。常見數(shù)制十進制、二進制、八進制和十六進制等，其中二進制是計算機內(nèi)部采用的一種數(shù)制。數(shù)制與編碼二進制數(shù)的運算規(guī)則二進制加法逢二進一，即0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10（向高位進位）。02040301二進制乘法按位相乘再相加，即0*0=0，0*1=0，1*0=0，1*1=1。二進制減法借一當二，即0-0=0，1-0=1，1-1=0，0-1=1（向高位借位）。二進制除法按位相除再相加，類似于十進制除法，但需要注意借位和商的表示方法。原碼、反碼和補碼浮點數(shù)由尾數(shù)和階碼組成，通過調(diào)整小數(shù)點的位置來表示不同大小的數(shù)值。在計算機中，通常采用IEEE754標準來表示浮點數(shù)。浮點數(shù)表示方法定點數(shù)表示方法定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定的數(shù)，分為定點整數(shù)和定點小數(shù)。在計算機中，通常采用定點數(shù)來進行整數(shù)和小數(shù)的運算。原碼是將符號數(shù)字化的一種表示方法，反碼是將原碼按位取反，補碼是反碼加1。計算機中通常使用補碼來表示負數(shù)。計算機中的數(shù)值表示方法邏輯變量只有兩種取值，即0和1，邏輯函數(shù)是由邏輯變量通過邏輯運算得到的表達式。邏輯變量與邏輯函數(shù)包括與（AND）、或（OR）、非（NOT）三種基本邏輯運算，以及異或（XOR）、同或（NAND）等復合邏輯運算。基本邏輯運算包括德摩根定律、結(jié)合律、交換律、分配律等，這些定律在邏輯電路設計和數(shù)字系統(tǒng)分析中起著重要作用。邏輯代數(shù)基本定律邏輯代數(shù)基礎05計算機指令系統(tǒng)Chapter指令系統(tǒng)定義計算機硬件的語言系統(tǒng)，也叫機器語言，是軟件和硬件的主要界面。指令系統(tǒng)作用反映計算機的基本功能，決定機器所要求的能力，也決定了指令的格式和機器的結(jié)構(gòu)。指令系統(tǒng)設計選擇計算機系統(tǒng)中的基本操作是由硬件實現(xiàn)還是由軟件實現(xiàn)，確定指令格式、類型、操作及對操作數(shù)的訪問方式。指令系統(tǒng)概述操作碼+地址碼，表示指令的操作和所操作的數(shù)據(jù)的地址。指令格式指令格式與尋址方式確定操作數(shù)所在地址的方式，包括直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址等多種方式。尋址方式包括數(shù)據(jù)傳輸指令、算術(shù)邏輯指令、移位指令、控制指令等。指令類型指令的讀取從存儲器中讀取指令到控制器中。指令的譯碼將操作碼和地址碼翻譯成計算機能夠理解的信號。指令的執(zhí)行根據(jù)譯碼結(jié)果，執(zhí)行相應的操作，如數(shù)據(jù)傳輸、算術(shù)邏輯運算等。指令的存儲和修改將執(zhí)行結(jié)果存儲到指定的寄存器或存儲器中，并修改指令計數(shù)器指向下一條指令。指令的執(zhí)行過程精簡指令系統(tǒng)通過減少指令種類和簡化指令功能，提高計算機的運行效率。指令并行采用流水線技術(shù)、多指令流多數(shù)據(jù)流等技術(shù)，實現(xiàn)指令的并行執(zhí)行，提高計算機的處理速度。指令擴展增加新的指令，以滿足新的應用需求，提高計算機的靈活性和功能。指令系統(tǒng)的優(yōu)化與發(fā)展06計算機的存儲系統(tǒng)Chapter分類根據(jù)存儲設備和介質(zhì)的不同，可分為主存儲器（內(nèi)存）、輔助存儲器（外存）和緩沖存儲器（Cache）。定義與功能存儲系統(tǒng)是指計算機中由存放程序和數(shù)據(jù)的各種存儲設備、控制部件及管理信息調(diào)度的設備（硬件）和算法（軟件）所組成的系統(tǒng)。重要性是計算機的重要組成部分，對計算機的性能和運行速度有重要影響。存儲系統(tǒng)概述主存儲器的工作原理存儲單元與地址主存儲器由許多存儲單元組成，每個單元可以存儲一個字節(jié)或多個字節(jié)的信息，每個單元有一個唯一的地址。讀寫速度信息存儲方式主存儲器的讀寫速度非常快，能夠在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。主存儲器采用隨機存取方式，即可以直接訪問任意存儲單元，不需要按順序訪問。磁表面存儲器如CD-ROM、DVD等，存儲容量大，數(shù)據(jù)保存時間長，但寫入速度較慢，擦除困難。光學存儲器半導體存儲器如U盤、存儲卡等，存儲容量較大，讀寫速度快，便于攜帶和使用。如硬盤、軟盤等，存儲容量大，價格較低，但讀寫速度較慢。輔助存儲