《组成原理th》课件.pptxVIP

《组成原理》课程简介本课程将深入探讨计算机硬件的基本构成和工作原理。从计算机系统的基本构成开始，详细介绍各个硬件组件的设计和实现,帮助学生全面理解计算机的内部运作机制。通过动手实验和案例分析,学生将掌握设计和使用计算机硬件的关键技能。acbyarianafogarcristal

课程目标掌握计算机组成原理通过学习本课程,学生能够深入了解计算机系统的基本结构和工作原理,为后续课程打下坚实的基础。培养动手能力通过实验环节的学习,学生能够动手操作计算机硬件设备,培养解决实际问题的能力。提高团队合作能力通过小组讨论和协作,学生能够培养良好的沟通协作能力,为未来的工作生活做好准备。

计算机系统的层次结构计算机系统具有多个层次结构,从最底层的硬件到最上层的应用软件,整个系统有着严密的逻辑结构和层次划分。这种分层设计使计算机系统的结构更加合理和有条理,各层之间通过标准化的接口进行信息传递和功能交互。这种分层结构不仅提高了系统的模块化和可扩展性,还为计算机系统的设计、开发和维护提供了有效的手段,使整个系统更加灵活和高效。

数据的表示二进制编码计算机内部以二进制的形式存储和处理数据,每个二进制位可以表示0或1。十进制编码人类更容易理解和使用的数字表示法,包括整数和小数。需要转换成二进制表示。十六进制编码为了更紧凑地表示二进制数,常使用由0-9和A-F组成的十六进制码。

数字系统1数字编码不同的数字编码方式如二进制、十进制等,可用于表示和存储数据。二进制作为计算机的基础编码,具有离散和可靠的特点。2数字运算计算机可以利用电路进行高效的数字运算,如加法、减法、乘法和除法等。这些基本运算是构建更复杂算法的基础。3逻辑门电路基本的逻辑门电路,如与门、或门、非门等,可以组合实现更复杂的数字逻辑功能,是计算机硬件的基本构建块。

数据的运算基础运算计算机系统可以进行基本的算术运算,如加法、减法、乘法和除法。这些运算是计算机执行更复杂运算的基础。逻辑运算计算机还可以进行逻辑运算,如AND、OR和NOT等,用于处理二进制数据和实现更高层的运算逻辑。位移运算位移运算可以左移或右移数位,实现快速的乘除法和位掩码操作。这些运算广泛用于数据处理和算法优化。浮点运算除了整数运算,计算机还支持浮点运算,可以处理小数和更广泛的数值范围,适用于科学计算和工程应用。

存储器存储器是计算机系统中非常重要的组成部分,用于存储各种数据和指令。它的主要特性包括存储容量、访问速度、价格等。不同类型的存储器有不同的特点和用途,需要根据具体需求进行合理选择和配置。

存储器层次结构主存储器主存储器是计算机中最基本和最重要的存储设备,用于存放正在执行的程序指令和相关数据。它由瞬时存储器和永久存储器组成。缓存存储器缓存存储器位于中央处理器和主存储器之间,用于提高数据访问速度。通过缓存技术,可以有效地降低处理器与主存之间的速度差异。辅助存储器辅助存储器容量较大、速度较慢,用于存储大量不常用的数据和程序。常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和磁带等。

存储器访问方式随机访问随机访问存储器允许在任意位置进行读取和写入操作,访问速度快,适用于CPU和主存之间的数据交换。顺序访问顺序访问存储器以固定的顺序进行读写,访问速度较慢,适用于大容量外部存储设备如磁带和磁盘。直接存储访问直接存储访问允许外围设备直接与主存进行数据交换,无需CPU介入,提高了I/O数据传输效率。

指令系统指令类型计算机系统中的指令可分为数据传输指令、算术逻辑指令和程序控制指令等。这些不同类型的指令赋予了计算机完成各种操作的能力。指令格式指令由操作码和地址码等部分组成，操作码规定了要执行的操作类型，地址码指明了操作数的位置。指令格式的设计直接影响了CPU的执行效率。指令执行CPU根据指令寄存器中存放的指令信息，依次执行取指令、指令译码、操作数访问和执行指令等步骤来完成指令的执行过程。

指令格式指令的基本组成指令由操作码和操作数两部分组成。操作码指明了要执行的操作,而操作数则包含了所需的数据或地址信息。指令格式的设计指令格式的设计需要平衡指令长度、寻址方式、功能完备性等因素,以满足不同应用场景的需求。常见的指令格式包括固定长度格式、可变长度格式等,各有优缺点。合理选择指令格式是设计指令系统的关键。指令编码方式操作码和操作数通常采用二进制编码,可以利用指令格式中的位段来表示不同的信息。

指令执行过程取指令从内存中取出当前要执行的指令，一般是程序计数器指向的地址处的指令。指令译码CPU对取出的指令进行分析和译码，识别出指令的操作码和地址码等各字段。操作数读取根据指令的地址码从内存或寄存器中读取操作数。指令执行CPU执行指令的功能,如运算、传送数据、控制程序流程等。结果写回将指令执行的结果写回到内存或寄存器中。

中央处理器中央处理器是计算机系统的核