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计算机组成原理ppt课件
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目录
计算机系统概述
数据表示与运算方法
存储器层次结构与技术实现
指令系统设计与优化策略
中央处理器（CPU）组成与工作原理
总线、接口与输入输出设备
计算机系统概述
01
从电子管计算机到晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机等阶段的演变。
发展历程
按照计算机性能、用途、价格等因素进行分类，如巨型机、大型机、小型机、微型机等。
分类方式
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备等主要部件，以及总线、接口等连接部件。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类，系统软件如操作系统、编译程序等，应用软件如办公软件、图像处理软件等。
包括运算速度、存储容量、数据传输速率、可靠性、可维护性等。
性能指标
采用基准测试程序进行性能测试，比较不同计算机的性能差异。
评价方法
应用领域
计算机已广泛应用于科学计算、数据处理、自动控制、计算机辅助设计等领域。
发展趋势
未来计算机将朝着高性能、网络化、智能化、多媒体化等方向发展。
数据表示与运算方法
02
数制基本概念
介绍二进制、八进制、十进制和十六进制等数制的基本概念及相互转换方法。
编码基本概念
阐述原码、反码、补码等编码方式的基本概念及其在计算机中的应用。
校验码
介绍奇偶校验码、海明校验码等校验码的原理及应用，以提高数据传输的可靠性。
03
02
01
阐述定点数的表示方法，包括符号位、数值位等，并介绍定点数的范围及精度。
定点数表示方法
定点数加减运算
定点数乘除运算
定点数运算器的设计
详细讲解定点数的加减运算方法，包括补码加减运算等。
介绍定点数的乘除运算方法，包括原码乘除、补码乘除等算法。
阐述定点数运算器的设计原理和实现方法，包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
A
B
C
D
浮点数表示方法
介绍浮点数的表示方法，包括符号位、指数位和尾数位等，并阐述浮点数的范围及精度。
浮点数乘除运算
介绍浮点数的乘除运算方法，包括原码乘除、补码乘除等算法，并阐述浮点数乘除运算的特点和注意事项。
浮点数运算器的设计
阐述浮点数运算器的设计原理和实现方法，包括加法器、减法器、乘法器、除法器和舍入单元等。
浮点数加减运算
详细讲解浮点数的加减运算方法，包括规格化、对阶、尾数加减和舍入等步骤。
ALU基本概念
介绍算术逻辑单元（ALU）的基本概念、功能及在计算机中的重要作用。
ALU的组成与结构
详细讲解ALU的组成和结构，包括算术运算部件、逻辑运算部件、控制部件等，并阐述各部件的功能和相互关系。
ALU的运算方法
介绍ALU的运算方法，包括算术运算和逻辑运算等，并详细阐述各种运算的实现过程。
ALU的设计优化
阐述ALU的设计优化方法，包括提高运算速度、减少功耗、增加功能等方面的优化措施，以满足不同应用场景的需求。
存储器层次结构与技术实现
03
按存储介质可分为半导体存储器、磁表面存储器、光存储器等；按存储方式可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
包括存储容量、存取速度、可靠性、功耗等。其中存储容量和存取速度是衡量存储器性能的重要指标。
性能指标要求
存储器分类
VS
常见的内存组织方式有顺序存储、链式存储、索引存储和散列存储等。不同的组织方式适用于不同的应用场景。
内存管理方式
包括分区管理、页式管理、段式管理和段页式管理等。这些管理方式可以有效地提高内存的利用率和系统的性能。
内存组织方式
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。
Cache原理
Cache广泛应用于计算机系统中，包括CPU内部的L1Cache、L2Cache等，以及外部设备如硬盘、光驱等中的缓存。
Cache应用
虚拟存储器是一种通过软件技术实现的存储器扩展方法，它可以将部分内存空间映射到外存空间，从而扩大可用内存容量。
虚拟存储器的技术实现方法包括请求分页管理、请求分段管理和请求段页式管理等。这些方法可以有效地提高内存的利用率和系统的性能，同时降低用户的成本。
虚拟存储器概念
技术实现方法
指令系统设计与优化策略
04
根据指令系统的功能需求和硬件实现复杂度，选择适合的指令格式，如定长指令格式、变长指令格式等。
指令格式
根据数据表示和访问方式的需求，选择直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、基址寻址等寻址方式。
寻址方式
如MOV、PUSH、POP等，用于实现数据在寄存器、内存之间的传输。
数据传输类指令
如ADD、SUB、MUL、DIV等，用于执行加、减、乘、除等算术运算。
算术运算类指令
如AND、OR、NOT等，用于执行与、或、非等逻辑运算。
逻辑运算类指令
如JMP、CALL、RET等，用于改变程序执行顺序，实现条件
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