《计算机的构成及基本工作原理》课件
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计算机组成原理第1章PPT课件
3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机应用基础课程教学课件第二单元计算机组成原理
（二）IP地址
IP地址被用来给Internet上的电脑一个编号。大家日常见到的情况是每台联网的PC上 都需要有IP地址，才能正常通信。我们可以把“个人电脑”比作“一台电话”，那么“IP 地址”就相当于“电话号码”，而Internet中的路由器，就相当于电信局的“程控式交换 机”。
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字 节）。IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是 0~255之间的十进制整数。例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数 （01100100.00000100.00000101.00000110）。
（二）Internet 提供的服务
远程登录服务(Telnet) ：远程登录是Internet提供的基本信息服务之一，是提供 远程连接服务的终端仿真协议。它可以使你的计算机登录到Internet上的另一台计算 机上。你的计算机就成为你所登录计算机的一个终端，可以使用那台计算机上的资源， 例如打印机和磁盘设备等。
学习目标
●熟悉微型计算机的硬件组成。
一、微机的硬件组成
硬件系统包括主机（主板、CPU、内存）、显示卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、鼠 标、键盘、显示器，音箱、打印机等。
通常，计算机硬件设备可分为三大部分： 主机：安装在机箱里面的硬件与机箱，被称为主机。 输出设备：如显示器、打印机等。 输入设备：如键盘、鼠标及手写板等。
一、运算器和控制器
1)运算器（ALU: Arithmetical and Logical Unit） 运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也称算术逻辑 单元。 2)控制器（CU：Control Unit） 控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部件协调地工作。 运算器和控制器合在一起称为中央处理器CPU（Central Processig Unit），它是 计算机的核心部件。
计算机系统的组成与工作原理ppt课件
工作原理
参照人类大脑的工作方式，首先我们通过眼 睛、耳朵等感觉器官，将捕捉到的信息输送到 大脑并存储起来。然后经过思考，结合已掌握 的知识，按照一定的方法和步骤，对信息进行 加工处理，产生处理结果。然后在经过大脑的 控制，利用口、手等器官，把结果表达出来。 计算机的工作方式也是类似的：
计算机工作原理
它是计算机的核心部件，负责解释执行计算机的基 本指令，完成计算机对各种信息的加工处理工作。 它主要由运算器和控制器组成。
信息处理 的核心
信息处理的 指挥中心
现在市场上常用的是AMD处理器、英特尔处理器等。
AMD处理器
Intel处理器
主 机 板
二、存储器
（1）内存储器，简称内存，也叫主存储器。 用于存储计算机当前工作中正在运行的程序、 数据等，相当于计算机内部的存储中心。
操作系统有DOS、windows等，我们常用的 WINDOWS 是一个多任务、多窗口的操作系统 。
应用软件是为了解决一些实际问题的计算机程序。 我们在计算机上作画，需要作图软件如photoshop, 作动画需要动画软件flash，我们写文章要用文字 编辑软件，如microsoft word，老师做课件用ppt 等。
注意：在我们使用完USB移动存储器时，一定要在计算机上进行“安全 删除硬件”的操作。等WINDOWS通知可以移除设备时，才可以从USB接口 中拔出设备
内 存 条
U 盘
光驱
三、输入设备：用于计算机从外界获取信息
键
鼠
盘
标
摄 像 头 扫描仪
数码相机
四、输出设备：用于将信息传递给外界 打 印 机
显 示 器
数据输入 输入设备
运算器 存储器
输出 设备 输出 结果
计算机组成原理课件第08章
一、接口的功能和组成
1、总线连接方式的I/O接口电路 、总线连接方式的 接口电路 在总线结构的计算机系统中，每一台 I/O设备都是通过I/O接口挂到系统总线上 的。如图示：
数据线： 数据线：传送数据信息 ，其根数一般等于存储 字长的位数或字符的位 数。双向。 设备选择线： 设备选择线：传送设备 码，其根数取决于I/O指 令中设备码的位数。单 向。 命令线： 命令线：传输CPU向设 备发出的各种命令信号 ，其根数与命令信号多 少有关。单向总线。 状态线： 状态线：向主机报告I/O 设备状态的信号线。单 向总线。
CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 的请求。 的请求。因此，当多个中断源提出中断请 求时，CPU必须对各中断源的请求进行排 队，且只能接受级别最高的中断源的请求 ，不允许级别低的中断源中断正在运行的 中断服务程序。此时，就可用MASK来改 变中断源的优先级别。 另外，CPU总是在统一的时间，即执 CPU总是在统一的时间， 总是在统一的时间 行每一条指令的最后时刻， 行每一条指令的最后时刻，查询所有设备 是否有中断请求。 是否有中断请求。 接口电路中D、INTR、MASK和中断 查询信号的关系如图示：
2、排队器 、 当多个中断源同时向CPU提出请求时，经 排队器的排队，只有优先级高的中断源排上 队，这样就能实现CPU按中断源优先级的高 低响应中断请求。 下图是设在各个接口电路中的排队电路— —链式排队器。
其中首尾相接的虚线部分组成的门电路是排 当各中断源均无中断请求时，各INTRi 为高电 队器的核心，由一个非门和一个与非门构成。 平，其INTP1 '、 INTP2' 、 INTP3 '……均为高电平 中断源优先级最高的是1号中断源。当多个中 。一旦某中断源提出中断请求,就迫使比其优先级 断源提出中断请求时，排队器输出端INTPi， 低的中断源之INTPi '变为低电平，封锁其发中断 只有一个为高电平，表示该中断源排上队。 请求。
中科大计算机组成原理课件ppt
• 唐本（William Stallings）
– 农村包围城市：总线、存储、I/O、ALU、CPU
• llxx
– 目标：理解构建计算机系统的过程
• 十字箴言：“功能、组织、过程、定时、度量”
– China-ring：快速原型法（prototype）
• 总线、RAM、CPU，存储系统(Cache、辅存)、I/O、ALU
• 基于x86的Debug环境，编写任意10个数值的冒 泡排序程序，并调试运行。
– 成果要求：
• 报告设计过程、结果（汇编代码、内存数据段映像）、出现 的典型问题及解决过程； • 要求结果体现个人ID。
实验课
• 设计实现《计算机系统概论》的 LC-3模型机（见附录A/C）
– 共16条指令，指令集具有RISC特征
Basic computer organization, first look at pipelines + caches 从C语言程序的执行 角度讨论计算机组成 原理，但重点关注 MIPS处理器和存储系 统，其他关注很少
Computer Architecture, First look at parallel architectures
Course Schedule
1. 2. 3. 4. 5. 6.
•
概论（4） 总线（4） RAM/ROM（4） ISA（4） CPU （4）
功能、组成、时序、中断系统
A模型CPU控制器设计（6）
组合逻辑、微程序
7.
•
MIPS处理器设计（6）
指令集、单周期、多周期、流水线
8. 9.
•
Cache（4） 辅存（5）
MIT
• 我在这里的第一学期上了一门叫 《计算机系统设计》得 本科课程，其辛苦程度真实一言难尽。十五个星期内交了 十次作业，作了六次课程设计。有的设计还分几个部分， 分开交设计报告。所以设计报告大概也交了有十次左右。 最恐怖的是有一次，十天内要交六份作业或设计报告，而 且当时正值其他几门课正在期中考试。抱怨是没有用的， 老师说："我很抱歉。但这门课很重要，请大家不停的工 作。"学生从一般的逻辑时序电路开始设计（数电都已忘 得差不多了）；核心是自行设计"麻雀虽小五脏俱全"得 ALU，单指令周期CPU（single cycle CPU）；多指令 CPU（Multi-cycle CPU）；以直到最后实现流水线（pipe line）32位MIPS CPU和Cache。一门课下来，所有与计 算机CPU有关的知识全部融会贯通。硬件设计水平也有了 很大提高（就是太累）。
《清华大学计算机组成原理课件》
3
搭建电路
学生将在仿真软件中搭建逻辑电路，提高学生动手实践的能力，并考验学生对逻 辑门电路的设计和搭建技能。
组合逻辑电路
全加器
学习全加器的基本原理，确定 输入输出的关系，并掌握组成 全加器的基本电路。
译码器
介绍了译码器的应用及工作原 理，教学生如何根据需要选择 不同的译码器。
多路选择器
学习了多路选择器电路的基本 概念和应用，测试了学生对多 路选择器的掌握能力。
存储器与存储电路
1
组成原理
组成存储器的基本元件是触发器，讲述了静态触发器和动态触发器，它们各自的工作 原理。
2
RAM和ROM
介绍了RAM和ROM的基本原理和应用，以及学习访问这两种存储器的原理与方式。
3
内存单元布局及地址控制
通过存储器系统的组成、存储器容量的理解，让学生掌握如何地址定位和数据存储等 问题。
转 入 内 核 态 处 理 流 程
pe
cp
pc
cu
=s
ut
ta
vt
eu
cs
u.
cU
aI
uE
s=
eu
=s
ct
aa
ut
su
es
s
s.
.s
u.
i
Mt
Ss
U
多级中断系统
介绍了多级中断系统的实现原 理和构架，以及多级中断系统 如何解决中断优先级问题。
存储器系统性能分析
1
存储器性能参数
包括各种存储器的读取时间、写入时间，存储器的带宽等，还包括这些存储器的特 点和使用方法。
转 入 M 态 处 理 流 程
pc
cp
sc
《计算机基础知识》PPT课件
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1
第1章 计算机基础知识
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2
1.1 计算机硬件系统的构成及工作原理 1.2 计算机软件系统的组成 1.3 数进制及数据的存储 1.4 机器语言和高级语言
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3
1.1 计算机硬件系统的构成及工作原理
计算机是一个具有高度智能化的电子设备。 计算机硬件系统是由复杂的电子器件和机械部件 有机组合而成的，用以实现复杂而精巧的机械和 电气功能。硬件是整个计算机系统的基础，是软 件系统的载体，
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9
1.3 数进制及数据的存储
1.3.1 数进制 1．数制定义
按进位的原则进行计数， 称为进位计数制， 简称“数制”。 （1）逢N进一。
N为数制中所需要的数码符号的总个数，称 为基数。
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10
（2）位权表示法。
位权是指一个数字在某个固定位置上所代 表的值，位权与基数的关系是：各进位制中位 权的值是基数的若干次幂。
等，都必须以二进制的形式存储到计算机的存储
介质上；存储程序控制指的是利用计算机解决实
际问题时，必须将解决实际问题的具体操作步骤
以程序的方式存储到计算机中，才能完成对实际
问题的解决。程序是指令的有序集合，指令是计
算机解决实际问题的具体操作。
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7
1.2 计算机软件系统的组成
软件系统是计算机系统的灵魂，没有软件
外部设备（I/O设备）可以划分为输入设 备、输出设备和外存储器。
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6
1.1.2 计算机工作原理
冯•诺依曼是计算机基本理论架构的奠基人， 他提出了以内存为中心进行数据交换的计算机工 作原理。
冯•诺依曼计算机工作原理的核心思想是二进
1
第1章 计算机基础知识
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2
1.1 计算机硬件系统的构成及工作原理 1.2 计算机软件系统的组成 1.3 数进制及数据的存储 1.4 机器语言和高级语言
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1.1 计算机硬件系统的构成及工作原理
计算机是一个具有高度智能化的电子设备。 计算机硬件系统是由复杂的电子器件和机械部件 有机组合而成的，用以实现复杂而精巧的机械和 电气功能。硬件是整个计算机系统的基础，是软 件系统的载体，
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1.3 数进制及数据的存储
1.3.1 数进制 1．数制定义
按进位的原则进行计数， 称为进位计数制， 简称“数制”。 （1）逢N进一。
N为数制中所需要的数码符号的总个数，称 为基数。
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10
（2）位权表示法。
位权是指一个数字在某个固定位置上所代 表的值，位权与基数的关系是：各进位制中位 权的值是基数的若干次幂。
等，都必须以二进制的形式存储到计算机的存储
介质上；存储程序控制指的是利用计算机解决实
际问题时，必须将解决实际问题的具体操作步骤
以程序的方式存储到计算机中，才能完成对实际
问题的解决。程序是指令的有序集合，指令是计
算机解决实际问题的具体操作。
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1.2 计算机软件系统的组成
软件系统是计算机系统的灵魂，没有软件
外部设备（I/O设备）可以划分为输入设 备、输出设备和外存储器。
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1.1.2 计算机工作原理
冯•诺依曼是计算机基本理论架构的奠基人， 他提出了以内存为中心进行数据交换的计算机工 作原理。
冯•诺依曼计算机工作原理的核心思想是二进
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内存储器
存 储 器
外存储器
只读存储器（ROM） 随机存储器（RAM） 高速缓存（cache)
光介质存储器（光盘）
磁介质存储器（硬盘 、U盘、移动硬盘）
存储单位：字节、千字节、兆字节、G字节 换算关系：1024
4、运算器
计算机实施算术运算和逻辑判断的主要部件
5、控制器
指挥、控制计算机运行的中心
现在我们一般将运算器和控制器制作到一 块芯片中去合称为中央处理器（简称CPU）
RAM ROM
(CU) (ALU)
主
中央处理器 （CPU）
运控 算制 器器
机
内存储器
（只 读 存
）储 器
（读 写 存
）储 器
二、计算机软件系统
软件：程序和有关文档资料的统称 系统软件
软件可分为
应用软件
1、系统软件
操作系统（OS,Operating System）
Windows 2000、DOS等
为什么采用计算机二进制？
计算机作为一种电子计算工具，是由大量 的电子器件组成的，在这些电子器件中，电路 的通和断、电位的高和低，用两个数字符号 “1”和“0”分别表示容易实现。同时二进制的 运算法则也很简单，因此，在计算机内部通常 用二进制代码来作为内部存储、传输和处理数 据。
二进制的算法:
二进制和十进制相仿，但它的基数是2，只使用两个 不同的数字符号，即0和1。 二进制特点：基数为二， 逢二进一 。二进位制的一个数位称为一个比特（bit）， 8个比特称为一个字节（byte）。
计算机的构成及基本工作 原理
硬件系统 计算机系统
软件系统
一、计算机的硬件系统
计算机硬件由输入设备、输出设备、存储器、 运算器、控制器5大部分组成。
输 入 输入信息 设 备
运算器 存储器
输
出
设 输出信息 备
控制器
1、输入设备
键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、摄像头
2、输出设备
显示器、打印机、音箱
3、存储器
各种程序设计语言的编译程序
VB、VC等
数据库管理系统
Access、Foxpro等
2、应用软件
计算机辅助教学（CAI） 计算机辅助设计 (CAD)
Photoshop 等
文字处理软件
Word、WPS 等
信息管理软件 自动化控制
计算机工作原理
计算机二进制代码
任何形式的信息，不论是数字、文字、声音、 图形，还是其他类型的信息，它们都必须在转 换成二进制形式的编码表示后，才能由计算机 进行处理。
十进制整数转换为二进制整数采用"除2取余，逆序 排列"法。具体做法是：用2去除十进制整数，可以得 到一个商和余数；再用2去除商，又会得到一个商和余 数，如此进行，直到商为零时为止，然后把先得到的 余数作为二进制数的低位有效位，后得到的余数作为 二进制数的高