《组成原理复习大纲》课件.pptx

,组成原理复习大纲汇报人：CONTENTS目录01添加目录标题02计算机系统概述05指令系统06控制器与处理器03数据表示与运算04存储系统第 一 章单击添加章节标题第 二 章计算机系统概述计算机发展历程1960年代，集成电路计算机出现，提高了计算机的集成度和性能1946年，第一台电子计算机ENIAC诞生1950年代，晶体管计算机出现，提高了计算机的性能和可靠性2000年代，云计算、大数据、人工智能等技术逐渐兴起，推动了计算机技术的发展1980年代，个人电脑开始普及，操作系统和软件逐渐成熟1990年代，互联网兴起，推动了计算机网络的发展1970年代，微处理器和微型计算机出现，推动了个人电脑的普及计算机基本组成硬件系统：包括CPU、内存、存储设备、输入输出设备等软件系统：包括操作系统、应用软件、中间件等网络系统：包括局域网、广域网、互联网等数据处理：包括数据采集、数据存储、数据处理、数据传输等计算机工作原理软件包括操作系统、应用软件等计算机系统由硬件和软件组成硬件包括CPU、内存、存储设备、输入输出设备等计算机通过执行程序来完成任务，程序由指令和数据组成计算机的工作原理是按照程序指令执行，完成数据处理和输出结果第 三 章数据表示与运算整数类型：表示整数，如int、long等浮点数类型：表示小数，如float、double等字符类型：表示单个字符，如char、wchar_t等字符串类型：表示一串字符，如string、wstring等布尔类型：表示真或假，如bool等枚举类型：表示一组预定义的值，如enum等指针类型：表示内存地址，如指针等数组类型：表示一组相同类型的数据，如数组等结构体类型：表示一组不同类型的数据，如结构体等联合体类型：表示一组不同类型的数据，但同一时间只有一个成员有效，如联合体等数据类型与表示定点数与浮点数运算定点数与浮点数精度：定点数精度固定，浮点数精度可变定点数与浮点数转换：定点数转换为浮点数，浮点数转换为定点数定点数运算：加减乘除、比较、移位等浮点数运算：加减乘除、比较、平方根、对数等定点数：小数点固定在数的某一位，如整数、定点小数等浮点数：小数点可以浮动，如单精度浮点数、双精度浮点数等算术逻辑单元算术逻辑单元（ALU）是计算机的重要组成部分，负责执行算术和逻辑运算。ALU的主要功能包括加、减、乘、除、与、或、非等基本运算。ALU的输入包括操作数、操作码和状态信号，输出包括结果和状态信号。ALU的设计和实现需要考虑到效率、精度和功耗等因素。第 四 章存储系统存储层次结构寄存器：速度最快，容量最小缓存：介于寄存器和内存之间，速度较快，容量适中内存：速度较慢，容量较大硬盘：速度最慢，容量最大网络存储：通过网络连接，实现远程存储和访问云存储：通过网络连接，实现数据存储和访问，具有高可靠性和可扩展性主存储器RAM用于存储程序和数据，可以随机访问，但断电后数据会丢失。主存储器是计算机系统的主要存储设备，用于存储程序和数据。主存储器的种类包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。ROM用于存储程序和数据，只能读取，不能写入，断电后数据不会丢失。高速缓存作用：提高CPU访问数据的速度影响因素：缓存大小、缓存命中率、缓存更新策略类型：一级缓存、二级缓存、三级缓存原理：将频繁访问的数据存储在高速缓存中辅助存储器作用：存储程序和数据，提高计算机运行效率工作原理：通过磁头在磁盘表面读写数据，实现数据的存储和读取特点：容量大、价格低、可长期保存数据类型：硬盘、光盘、U盘、SD卡等第 五 章指令系统指令格式与寻址方式指令编码：二进制编码、十进制编码、十六进制编码等指令执行：顺序执行、分支执行、循环执行等指令优化：指令级并行、流水线技术、分支预测等指令格式：操作码+地址码寻址方式：立即数寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址、堆栈寻址等指令长度：固定长度、可变长度指令集架构指令集：计算机硬件和软件之间的接口指令集架构的特点：兼容性、扩展性、性能等常见指令集架构：x86、ARM、RISC-V等指令集架构：指令集的设计和实现方式指令执行流程l指令读取：CPU从内存中读取指令l指令解码：CPU对指令进行解码，确定操作码和操作数l指令执行：CPU执行指令，进行相应的操作l指令结果存储：CPU将指令执行结果存储到内存中第 六 章控制器与处理器控制器组成与功能添加标题添加标题添加标题添加标题组成：包括运算器、控制器、寄存器、总线等控制器：计算机系统的核心部件，负责控制和协调计算机各部分的工作功能：执行指令、控制数据传输、处理中断、管理内存等控制器与处理器的关系：控制器是处理器的一部分，负责控制处理器的工作处理器结构与工作原理控制信号处理：包括中断处理、异常处理、时钟管理等步骤指令执行：包括取指令、译码、执行、写回等步骤数据传输：包括数据读取、数据写入、数据传输等步骤处理器结构：包括运算器、控制器、寄存器、总线等部件工作原理：通过指令执行、数据传输、控制信号处理等步骤完成计算任务流水线技术流水线技术的概念：将复杂的任务分解为多个简单的子任务，每个子任务由一个专门的处理器执行流水线技术的优点：提高处理器的执行效率，减少等待时间，提高吞吐量流水线技术的分类：指令流水线、数据流水线、混合流水线等流水线技术的应用：在计算机体系结构、操作系统、编译器等领域都有广泛的应用第 七 章输入输出系统I/O设备与接口I/O设备：键盘、鼠标、显示器、打印机等接口类型：并行接口、串行接口、USB接口、网络接口等接口功能：数据传输、设备控制、电源管理等接口标准：IEEE 1394、USB、PCI、SATA等I/O数据传输方式并行传输：数据位同时传输，速度快，但需要更多的硬件资源串行传输：数据位依次传输，速度较慢，但硬件资源需求较少同步传输：数据传输与接收同步进行，传输效率高，但需要额外的同步信号异步传输：数据传输与接收异步进行，传输效率较低，但无需额外的同步信号中断技术与DMAl中断技术：当外部设备需要与CPU进行数据交换时，通过中断请求通知CPUlDMA：直接内存访问技术，允许外部设备直接访问内存，无需CPU干预l中断技术的优点：响应速度快，实时性好lDMA技术的优点：数据传输速度快，效率高l中断技术与DMA的共同点：都是提高数据传输效率的技术l中断技术与DMA的区别：中断技术需要CPU干预，DMA不需要CPU干预第 八 章系统结构优化并行处理技术并行处理技术的定义和分类并行处理技术的应用场景并行处理技术的优缺点并行处理技术的发展趋势和挑战多核处理器设计应用领域：高性能计算、服务器、移动设备等设计挑战：如何平衡性能和功耗优化方法：采用多线程技术，提高并行处理能力多核处理器：多个CPU核心集成在一个芯片上优势：提高处理速度，降低功耗系统性能评估与优化添加标题添加标题添加标题添加标题优化目标：提高系统性能，降低资源消耗性能评估：通过测试和监控系统运行情况，评估系统性能优化方法：优化算法、数据结构、硬件配置等优化效果：提高系统响应速度、降低系统资源消耗、提高系统稳定性感谢您的观看汇报人：