课件：揭秘计算机工作原理.pptVIP

*******************揭秘计算机工作原理从硬件到软件,了解计算机内部是如何运转的,是每个科技从业者和爱好者都应掌握的基础知识。本课程将带您一步步深入计算机的运作机制,为未来的技术探索之路铺平道路。从二进制编码开始二进制编码的基础计算机使用二进制序列0和1来表示数字、字符和指令。它们是计算机语言的基本单位。数字编码的转换数字在计算机中以二进制形式存储和处理。二进制数可以轻松转换为十进制、十六进制等其他数制。字符的二进制表示通过特定的编码规则,计算机可以将字母、符号等字符映射到唯一的二进制编码。这就是字符编码的基础。数字逻辑门基本逻辑门计算机中使用的基本逻辑门包括AND、OR、NOT、XOR等。这些门电路可以用于执行各种基本的布尔运算。逻辑门组合通过将逻辑门串联或并联，可以构造出更复杂的组合逻辑电路，用于实现更复杂的功能。开关级联逻辑门的开关动作类似于机械开关，可以用来构造数字电路。通过开关的连接和组合，可以实现复杂的数字功能。信号放大与匹配逻辑门还需要提供信号放大和电平匹配功能，确保数字信号能够在电路中正确传输。运算器的工作原理1数据输入从内存或输入设备获取数据2数据解码分析数据指令和操作数3运算执行利用算术逻辑单元(ALU)进行计算4结果输出将计算结果传送至内存或输出设备计算机的运算器是负责执行各种算术和逻辑运算的核心部件。它通过对输入数据进行解码、运算执行和结果输出的步骤,完成了各种计算任务。这一过程是计算机工作的基础,贯穿于各种复杂的信息处理过程中。存储系统的构成1主存储器主存储器是计算机系统中直接为CPU提供数据和指令的核心部件，包括RAM和ROM。2辅助存储器辅助存储器提供大容量的长期数据存储，如硬盘驱动器和固态硬盘。3缓存存储器缓存存储器缓解CPU和主存之间的速度不匹配，提高数据读写效率。4虚拟存储器虚拟存储器允许程序使用大于物理内存容量的地址空间。CPU的数据流CPU是计算机的核心部件,负责数据的传输和处理。CPU从内存中获取指令,从各个输入设备获取数据,经过算术逻辑单元运算后,将结果传送回内存或输出设备。指令集架构指令集架构指令集架构定义了处理器能够识别和执行的一组基本指令。它决定了处理器的核心功能和性能。不同的体系结构有不同的指令集。CISC架构复杂指令集计算机(CISC)采用功能强大但复杂的指令集,能够在一条指令中完成多个操作。它具有良好的代码密度和执行效率。RISC架构精简指令集计算机(RISC)采用简单、统一的指令集,每条指令只执行一个操作。它具有更高的时钟频率和吞吐量,但需要更多指令来完成任务。如何处理内存地址1地址寻址通过地址总线访问内存单元2地址转换将逻辑地址转换为物理地址3地址分页将地址空间划分为固定大小的页面4地址映射将逻辑页面映射到物理页框5地址缓存使用高速缓存提高地址转换效率计算机系统通过地址总线访问内存单元,需要将逻辑地址转换为物理地址。为此,系统会将地址空间划分为固定大小的页面,并建立逻辑页面到物理页框的映射关系。同时使用高速缓存加快地址转换的效率,提高内存访问速度。中央处理器的工作步骤1取指令CPU从内存中取出下一条要执行的指令，并将其送到指令寄存器。2解码指令CPU对指令进行解码分析，确定当前指令的操作类型和操作数。3执行指令CPU根据指令的类型和操作数进行相应的运算和操作。4存储结果CPU将执行指令的结果存储到相应的寄存器或内存单元中。程序的执行过程1加载程序操作系统将程序代码从磁盘加载到主内存中。2解释和执行CPU读取内存中的指令,并将其解码并执行,以完成程序的功能。3上下文切换操作系统负责在多个程序之间切换,确保每个程序都能公平地使用CPU资源。操作系统的角色资源管理操作系统负责管理计算机的各种硬件资源，如CPU、内存、磁盘等，并为应用程序提供统一的访问接口。进程和线程管理操作系统负责创建、调度和管理进程和线程，确保系统中的各种任务能够有序、高效地执行。安全和隔离操作系统提供安全机制，如权限管理、内存保护等，确保系统和用户数据的安全性。用户交互操作系统提供图形化、命令行等用户界面，方便用户与计算机进行交互和操作。输入输出设备的工作打印机打印机将数字信号转换成实体文字和图形,并将其输出到纸张或其他媒体上。支持多种纸张尺寸和打印质量。扫描仪扫描仪将物理文件或图像转换成数字图像文件,方便计算机存储和处理。具有不同分辨率和色深支持。显示器显示器将计算机生成的数字信号转换成可视图像,为人类用户提供直观的输出界面。分类包括