计算机组成原理(上)说课讲解

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计算机组成原理(本全)课件

计算机组成原理(本全)课件
计算机组成原理(本 全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机,20世纪40年代 中期至50年代末期,主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数,是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置,可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器,用 于存放运算数据和程序代码;外存则是计算机外部存储器,用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分,它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ,使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据,从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分,负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部,根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成,每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时,会通过地址总线发送地址 信号,内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元,完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式,即将内存单元按照 一定顺序排列,每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定,地址总线位数越多,可访问的 内存单元数量就越多。

《计算机组成原理》教程第1章概述

《计算机组成原理》教程第1章概述

计算机的五大组成部分
中央处理器
负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入输出设备
与计算机进行信息交互的接口。
计算机总线
连接各个部件传输数据和信号。
第一章节的主要内容
1 计算机基础知识
了解计算机的基本概 念和术语。
2 计算机内部结构
3 指令执行过程
深入探讨计算机的各 个组成部分及其功能。
3 职业发展机会
掌握计算机底层原理, 可以编写更高效和可 靠的代码。
拥有计算机组成原理 知识的人才在计算机 行业有更广阔的发展 机会。
本章节总结和要点
本章节介绍了计算机组成原理的基本概念、计算机的发展历史以及计算机的 五大组成部分。学习计算机组成原理对于深入理解计算机工作原理和提升编 程能力至关重要。
学习计算机指令的执 行过程和控制流程。
为什么要学习计算机组成原理
学习计算机组成原理可以帮助你深入理解计算机的工作原理,提高编程和系统设计的能力,并打 下计算机科学的基础。
学习计算机组成原理的好处
1 深入了解计算机
系统
了解计算机内部的设 计和功能,可以更好 地使用计算机和解决章概述
计算机组成原理是研究计算机内部结构和功能的科学,本教程将带您深入了 解计算机组成原理的基本概念和重要性。
什么是计算机组成原理
计算机组成原理研究计算机的内部组成和运行原理,包括处理器、内存、存 储器、输入输出设备等关键组成部分,是计算机科学的基础。
计算机发展历史
计算机发展经历了多个阶段,从大型机到个人计算机,掌握计算机组成原理 能帮助你了解计算机的发展脉络和技术演进。

最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件

最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件

(3)控制器 *功能:指挥及控制各部件协调地工作,以实现程序执行过程
*程序执行过程: ①循环的指令执行过程(取指令及执行指令); ②下条指令地址由当前指令产生(按程序逻辑顺序)
取指阶段 取指令
分析指令
执行阶段 执行指令
指令地址 寄存器PC
指令内容 指令译码
寄存器IR
器ID
存储器
10
功能部件
+“1”
寄存器 组(堆)
ALU
Func
累加器型运算器
*(AC)+[Y]→AC的运算过程:
(0) (AC)为被加数
寄存器型运算器 存储器
(1) 加数[Y]→TEMP
TEMP
(2) (AC)+(TEMP) (3) ALU结果→AC
AC
ALU
Func
△约定:(X)表示寄存器X中内容,[Y]表示存储单元Y中内容
15
……
*组成:
地 址 地址 译 码 器 命令
数据
存储阵列
…… I/O电路
0 1 … w-1
0 1


n-1

存储字长W
0

1

存储字 n-1
*术语:存储元件(存储元)—可存储一个二进制位的元件;
存储单元—可同时存储一串二进制位的元件; 存储字—存储单元内存储的二进制编码;
存储阵列—所有存储单元的集合 存储单元地址—每个存储单元被赋予的惟一编号 存储容量—存储阵列可存储的二进制位数
指令内容
程序 逻辑顺序
A+0
int nCount=0; ⑴
A+1
int nSum=0; ⑵
A+2 LP: nSum+=nCount; ⑶ ⑹ ⑼

2024版计算机组成原理说课课件

2024版计算机组成原理说课课件

辅助存储器原理与设计
辅助存储器概述
介绍辅助存储器的概念、作用及分类。
磁表面存储器
阐述磁表面存储器的原理、特点及发展趋势。
光盘存储器
探讨光盘存储器的原理、特点及应用领域。
辅助存储器的设计原理
分析辅助存储器的设计原理,包括记录方式、寻址方式、读写控制等。
高速缓冲存储器(Cache)原理与设计
Cache概述
教学目标与要求
知识目标
掌握计算机硬件系统各部件的组成、工作原理及设计方法; 理解计算机系统层次化结构概念及软硬件界面划分;了解 计算机性能指标及评测方法。
能力目标 培养学生具备分析和设计计算机硬件系统的能力;提高学 生解决实际问题的能力;增强学生的创新能力和团队协作 精神。
素质目标
培养学生的工程素养和职业素养;提高学生的综合素质和 可持续发展能力。
即BCD码,采用四位二进制数表 示一位十进制数,方便进行十进 制数的运算和转换。
非数值数据表示方法
字符数据表示
包括ASCII码和Unicode编码等,用于 表示计算机中的字符信息。
图形和图像数据表示
采用像素矩阵、矢量图形等方式表示 计算机中的图形和图像信息。
逻辑数据表示
采用二进制数中的0和1表示逻辑值 “真”和“假”,用于进行逻辑运算。
常见I/O设备
键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、摄像头等。
I/O接口电路设计与应用
A
I/O接口定义
连接CPU和I/O设备的电路,用于实现数据的传 输和控制。
I/O接口功能
数据缓冲、电平转换、时序匹配、中断控 制等。
B
C
I/O接口类型
按数据传输方式可分为并行接口和串行接口; 按功能可分为通用接口和专用接口。

计算机组成原理说课稿

计算机组成原理说课稿

教学过程和设计
在第一课时:开篇通过几个简单的问题使得学生来思考,通 过精美的PPT吸引同学的注意力以便导入新课,并向同学讲 述一些计算机历史的小故事让学生保持住对于课程的关注。 在授课的同时拿出实体部件供学生观看 在第二课时:为学生安排几个任务让学生以小组单位完成
情感态度价值观
(1)学生通过实践活动,加强动手操作实践能力 (2)学生用讲述切合实际的亲身经历或讨论等方式, 激发对计算机软件功能的应用以及开发的浓厚兴趣。 (3)学生增强对计算机的兴趣和意识,了解计算机的 历史发展及其对社会的影响。 (4)学生树立严谨的学习工作意识,培养学生的勇于 合作、善于合作精神,并为以后工作打下良好基础
计算机组成及应用 介绍
目录
教材分析 教学目标 重点与难点 说学法
目录
说教法 教学过程设计 情感态度价值观 总结
教材来源及分析
教材来源:《计算机导论》
分析: 《计算机导论》具有大量的理论知识,并划分了相应的章节
和难点,是中学生或者是更高年级的学生有理可据。主要对整个 计算机硬件系统和软件系统进行简要介绍,通过本节的学习,揭 开计算机的神秘面纱,使学生充分了解计算机的组成和简单的工 作原理,以及日常的维护维修,本节涉及的电脑知识和实践操作 东西多,是提高学生学习兴趣的开门之篇,我在讲授这节课时计 划用二课时的时间来完成。授课和实践课各一课时
总结
回顾本节课所上的内容、以框架结构的形式归纳总结本节课的内容
说学法(学习者特征分析)
(1)学生是某初(高)中的学生 (2)学生自愿组织兴趣小组对计算机组成有良好 的基础,但是注意能力集中时间不长 (3)学生拥有良好的动手能力和严谨的学习态度 (4)学生对计算机组成能有良好的记录过程 (5)学生在日常计算机维护维修有待加强和完善

计算机组成原理讲义

计算机组成原理讲义

计算机组成原理讲义计算机组成原理是一门研究计算机硬件和软件协同工作的学科。

它研究计算机系统的组成、结构、工作原理和设计方法,涉及到计算机的各个层次、各个组成部分和各种操作。

计算机组成原理作为计算机科学和计算机工程的基础课程,对于理解计算机的工作原理和提高计算机系统设计和性能优化具有重要意义。

首先,计算机组成原理涵盖了计算机的硬件组成。

计算机的硬件部分主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。

中央处理器是计算机的核心部件,又被称为计算机的大脑。

它包括算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU),负责执行指令、算术运算和逻辑运算等。

存储器用于存储数据和指令,分为主存储器(RAM)和辅助存储器(硬盘、固态硬盘等)。

输入输出设备用于与计算机交互,包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

总线用于连接计算机的各个组成部分,包括数据总线、地址总线和控制总线等。

了解计算机硬件组成,对于设计和优化计算机系统具有重要意义。

其次,计算机组成原理涉及计算机的工作原理。

计算机的工作原理主要包括数据的表示和存储、指令的执行和流水线技术等。

数据的表示和存储是计算机进行数据处理的基础。

计算机使用二进制表示数据,将数据存储在内存中。

指令的执行是计算机进行计算和逻辑操作的基本单元。

计算机通过解码和执行指令,对数据进行处理。

流水线技术是提高计算机执行效率的一种重要方法。

通过将指令执行分解成多个阶段,可以提高指令的吞吐量。

计算机组成原理对于理解计算机工作原理和提高计算机系统性能具有重要意义。

最后,计算机组成原理涉及计算机的设计方法。

计算机的设计方法包括指令系统的设计、组合逻辑电路的设计和微程序设计等。

指令系统的设计是计算机体系结构的基础,决定了计算机的功能和性能。

组合逻辑电路设计是实现计算机各个功能模块的基础,包括加法器、乘法器、寄存器和控制电路等。

微程序设计是实现指令的执行和控制的基础,将指令分解成微指令并存储在控制存储器中。

计算机组成原理第一章讲义

计算机组成原理第一章讲义
存储字长:一个存储单元可存放的二进制位数。 指令字长:一条指令所具有的二进制代码位数。 字节(Byte):计算机中另一种数据的表示 单位。一个标准字节被规定为8位二进制代码。
19
2. 计算机的工作过程:
细化的计算机组成框图(整体):
ACC ALU
X
CPU
MQ 运算器
……
控制 单元 CU
控 制 器
IR
PC
存 储 体 M
MDR
MAR 主存储器
I/O
接口
I/o 设 备
图中示出了一台计算机寄存器级的最简结构(连接省去)。
细化的计算机组成框图(运算器):
ACC
MQ
ALU
X
运算器
计算机组成原理
唐朔飞 编著
代课教师:吝春妮 所属单位:教科院
高等教育出版社
1
教学内容
第1章 计算机系统概论 第2章 计算机的发展及应用 第3章 系统总线 第4章 存储器 第5章 输入输出系统 第6章 计算机的运算方法 第7章 指令系统 第8章 CPU的结构和功能 第9章 控制单元的功能 第10章 控制单元的设计
一、计算机的软硬件概念
硬件——组成计算机的各种实际装置的总称。 特点:看得见摸得着。
软件——计算机运行所需的各种程序及相关 资料。分类是? 特点:看不见摸不着。
两者的关系:相辅相成,缺一不可。 (硬件是基础,软件是灵魂)
5

二、计算机系统的层次结构
计算机系统——由硬件和软件两大部分组成。 组织方法:分层——层次结构。 分层方法:从硬件开始,按与其结合的紧
26
细化的计算机组成框图(存储器):
②. 主存: 存储体:由许多存储单元组成 存储单元:由若干存储元组成 存储元:存放一位二进制代码的物理

计算机组成原理课件讲解PPT

计算机组成原理课件讲解PPT
计算机系统包括计算机硬件、操作系统、应用软件等多个部分,维护整个系 统的性能非常重要。
控制器
负责从存储器中提取指令,对整 个计算机进行协调和控制。
寄存器
用于快速存储和访问计算机执行 过程中需要用到的数据。
流水线技术的应用
流水线技术是将一个大的任务分成若干个小任务,分别处理后再组合成整体任务的技术,可以大大提高计算机 运行速度。
计算机性能指标
CPU主频
衡量CPU运行速度的重要标准。
存储器的层次结构
高速缓存
位于CPU和主内存之间,是存储器层次结 构中速度最快也最小的一层。
主内存
是计算机中大小和访问速度相对均衡的存 储器,主要用于保存程序及数据。
辅助存储器
数据传输速度较慢的存储器,常用于长期存储,如硬盘和光盘。
中央处理器的组成与工作原理
运算器
负责进行各种算术和逻辑运算, 是中央处理器的核心部分。
输入输出设备的分类
人机交互设备
如鼠标、键盘、触摸屏等,用于交互式操 作和输入。 Nhomakorabea图形设备
如显示器、投影仪等,用于显示图像、视 频等数据。
字符设备
如打印机、扫描仪等,用于数据输入输出。
输入输出方式的实现
1
中断方式
2
当有输入输出任务需要处理时,CPU会
停止当前的操作,并进入服务程序处理
输入输出任务。
3
计算机硬件系统的构架
1
冯诺依曼体系结构
由冯诺依曼于1945年提出,是计算机硬件结构设计的基本原则。
2
哈佛体系结构
指将指令和数据储存在不同的内存中,使得数据和指令可以同时传输。
3
人工智能体系结构
指为了加速特定类型的人工智能计算而设计的硬件和软件。
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计算机组成原理(上)•A.冯·诺依曼(Von Neumann)•B.巴贝奇(Charles Babbage)•C.贝尔(Bell)•A.同步查询•B.链式查询•C.独立请求方式•A.1320bps•B.872.72bps•C.981.81bps•A.只传输地址•B.先传输地址,再传输数据•C.先传输数据,再传输地址•A.14•B.10•C.16••A.容量小,速度快,成本高•B.容量大,速度快,成本低•C.容量小,速度快,成本低•A.掩模只读存储器•B.一次性编程只读存储器•C.可擦洗可编程只读存储器•A.寄存器•B.主存•C.外存•D.缓存正确答案:A•A.3.57•B.4•C.1.75•A.0.01%•B.0.001%•C.0.06%•A.通道程序是由CPU执行的•B.通道程序可以在任何环境下执行I/O操作•C.通道程序存放在外设中•D.•A.出栈指令•B.中断指令•C.入栈指令•A.ISA•B.CPI•C.MIPS•A.中断请求•B.传输响应•C.复位•A.在数据块传送结束时给出DMA操作完成的信号•B.向CPU申请DMA传送•C.在DMA期间管理系统总线,控制数据传送•D.确定数据传送的起始地址和数据长度正确答案:A、B、C、D16多选(2分)程序中断方式在CPU启动I/O设备后,不查询设备是否已准备就绪,继续执行自身程序,只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应,这大大提高CPU的工作效率。

下图示意了采用程序中断方式从I/O设备读数据块到主存的程序流程。

观察上述流程图,下列说法正确的是____得分/总分•A.采用程序中断方式,CPU和IO不仅在硬件方面需增加相应的电路,而且在软件方面还必须编制中断服务程序。

•B.当I/O设备向CPU发出请求后,CPU才从I/O接口读一个字经CPU送至主存(这是通过执行中断服务程序完成的)。

•C.CPU向I/O设备发读指令后,仍可以处理其他事情(如继续在算题)•D.在此方式下,CPU不必时刻查询I/O设备的准备情况,不出现“踏步”现象。

正确答案:A、B、C、D•A.MQ•B.PC•C.ACC•A.1 MB = 1024 * 1024 B•B.1 KB = 1024 * 8 b•C.1 MB = 1024 Kb•D.1 KB = 1024 B正确答案:C3•A.Java语言•B.汇编语言•C.C语言•A.哈希•B.地址•C.指针•A.控制器•B.内存•C.辅存得分/总分•A.解释程序•B.目标程序•C.编译程序上述框图中,是指令____的执行过程。

得分/总分•A.取数指令•B.乘法指令•C.加法指令•D.存数指令•A.B机器用的时间短•B.无法确定•C.A机器用的时间短•A.python•B.汇编语言•C.C++•A.被除数及余数•B.被加数及和•C.乘数及乘积高位•A.MAR•B.FLOPS•C.MIPS得分/总分•A.计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

•B.机器已存储器为中心,输入输出设备可直接与存储器间进行数据传送。

•C.指令和数据均用二进制数表示•D.指令和数据分开存储于存储器内,并可按地址寻址正确答案:A、C•A.分散连接和聚集连接•B.总线连接和分散连接•C.分散连接和芯片连接•A.片内总线•B.控制总线•C.数据总线•D.地址总线正确答案:A解析:A、系统总线是指CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。

按系统总线传输信息的不同,又可分为三类;数据总线、地址总线和控制总线。

•A.独立请求方式•B.链式查询•C.计时器定时查询•A.同步通信•B.异步通信•C.DMA通信••A.总线带宽•B.总线复用•C.总线宽度•A.发起总线请求的设备•B.总线控制器•C.获得总线控制权的设备•A.计数器式定时查询•B.独立请求•C.链式查询•D.都一样正确答案:C解析:C、链式查询只需要很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,但是所有设备使用一套BR 和BG,因此对电路故障很敏感。

•A.全互锁•B.半互锁•C.不互锁得分/总分•A.某种分布式判优•B.链式查询方式•C.独立请求方式•D.计数器定时查询正确答案:D10多选(2分)下列选项中的英文缩写均为总线标准的是___ 得分/总分•A.MIPS•B.USB•C.PCI•A.数据线•B.控制线•C.I/O总线•D.主存总线正确答案:C、D•A.系统总线•B.片内总线•C.地址线•D.通信总线正确答案:A、B、D解析:A、按连接部件不同,总线通常可分为片内总线、系统总线和通信总线;计算机系统的三总线结构是指I/O总线、主存总线和DMA总线。

B、按连接部件不同,总线通常可分为片内总线、系统总线和通信总线;计算机系统的三总线结构是指I/O总线、主存总线和DMA总线。

•A.每位价格•B.容量•C.速度•A.线选法和重合法•B.线选法和复用法•C.线选法和片选法•D.片选法和重合法•A.静态刷新•B.分散刷新•C.异步刷新•A.动态RAM的价格比静态RAM的价格便宜•B.动态RAM的功耗比静态RAM小•C.动态RAM需要再生,故需配置再生电路•A.Cache•B.硬盘•C.RAM某一SRAM芯片,其容量为16K*8位,则其数据线和地址线的条数分别为___得分/总分•A.地址线和数据线均为8根•B.地址线14根,数据线8根•C.地址线和数据线均为14根•A.数据显示双向的,其位数与芯片可读出或写入的数据位数有关•B.地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量•控制线主要有读/写控制线与片选线两种•D.地址线是双向输入的,其位数与芯片容量有关正确答案:D8单选(1分)随机存储器按其存储信息的原理不同,可以分为静态RAM和动态RAM两大类。

动态RAM基础电路有三管式和单管式两种,它们的共同特点都是靠电容存储电荷的原理来寄存信息。

若电容上存有足够多的电荷表示存“1”,电容上无电荷表示存“0”。

电容上的电荷一般只能维持1~2ms,因此即使电源不掉电,信息也会自动消失。

为此,必须在2ms内对其所有存储单元恢复一次原状态,这个过程称为再生或刷新。

动态RAM的刷新有集中刷新,分散刷新,异步刷新之分。

以下为某动态RAM的的刷新时间分配示意图如下,它的刷新方式为_____得分/总分•A.分散刷新•B.集中刷新•C.异步刷新•A.主存可由RAM和ROM组成•B.主存只能由RAM组成•C.主存不是由RAM和ROM组成的•A.具有易失性•B.存取时间长•C.功耗低如下所示,某机器1的字长为32位,它的每一个存储字包含4个可独立寻址的字节,其地址分配如下图(左)所示。

某机器2的字长为16位,字地址是2的整数倍,它用低位字节的地址来表示字地址,如下图(右)所示。

以下说法正确的是:____得分/总分•A.设地址线24根,对于机器1,按字节寻址2^24 = 16M•B.设地址线24根, 对于机器2,按字寻址4M•C.设地址线24根, 对于机器1,按字寻址4M•D.设地址线24根, 对于机器1,按字寻址8M正确答案:A、C12多选(2分)以下关于动态RAM和静态RAM刷新操作的描述正确的是___得分/总分•A.动态RAM和静态RAM都需要刷新•B.动态RAM需要刷新•C.动态RAM不需要刷新,静态RAM需要刷新•D.静态RAM不需要刷新正确答案:B、D•A.检错三位,纠错两位•B.检错两位,纠错两位•C.检错两位,纠错一位•A.磁头读写时间•B.寻道时间•C.平均寻道时间+平均等待时间得分/总分•A.0011•B.0111•C.0101•A.8M•B.4M•C.2M•A.串行,一个•B.并行,一个•C.串行,多个•A.地址线为14根,数据线为16根•B.地址线为16根,数据线为32根•C.地址线为32根,数据线为16根•A.在50ns内,存储器能向CPU提供512位二进制信息•B.在50ns内,存储器能向CPU提供128位二进制信息•C.在50ns内,存储器能向CPU提供256位二进制信息•A.可擦洗可编程只读存储器•B.一次性编程只读存储器•C.无正确答案•A.EPROM•B.掩模ROM•C.SDRAM•A.字扩展•B.位扩展•C.频率扩展•D.字、位扩展正确答案:A、B、D解析:B、教材P9111•A.数据线•B.读/写命令线•C.地址线•A.采用高速器件•B.调整主存结构•C.都不可以•D.采用层次结构 Cache-主存正确答案:A、B、D•A.组相联映射•B.全相联映射•C.分散映射•A.都没用到•B.近期最少使用算法•C.随机法得分/总分•A.M与C数值必须严格相等•B.M 远大于C•C.M 略大于C•D.M与C之间无固定大小关系正确答案:B4单选(1分)Cache主要由Cache存储体,地址映射变换机构,Cache替换机构几大模块组成。

其中,地址映射变换机构的作用是____得分/总分•A.按一定的替换算法来确定应从Cache内移出哪个块主存,把新的主存块调入Cache•B.已块为单位存储与主存交换的信息•C.将CPU送来的主存地址转换为Cache地址•D.将Cache地址转换为主存地址送到地址总线正确答案:C5单选(1分)Cache的读操作的过程可用如下流程图来描述。

当CPU发出主存地址后,首先判断该存储字是否在Cache中。

若命中,直接访问Cache,将该字送至CPU;若未命中,则执行操作____得分/总分•A.只访问主存取出信息送CPU•B.将该字所在的主存装入Cache(由Cache是否已满,决定是否执行替换算法腾出空位),然后再次访问Cache存取出信息送CPU•C.Cache向CPU发出中断,通知其读操作不合法。

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