《计算机硬件结构入门》课件.ppt

********************《计算机硬件结构入门》欢迎学习计算机硬件结构入门！本课程将带您深入了解计算机硬件的内部结构和工作原理，帮助您掌握基本知识，并为进一步学习计算机相关知识奠定基础。课程目标目标1了解计算机硬件的主要组成部分和功能。目标2掌握CPU、存储器、输入输出设备等重要部件的工作原理。目标3理解计算机系统运行过程和指令周期。目标4熟悉缓存技术、并行处理技术等优化方法。计算机硬件体系结构概述1硬件结构2CPU中央处理器3存储器主存储器、辅助存储器4输入输出设备键盘、鼠标、显示器等5总线连接各个部件的通道中央处理器(CPU)1核心部件负责执行指令、控制计算机系统运行。2运算单元进行算术和逻辑运算。3控制单元协调各个部件的工作。4缓存提高数据访问速度。CPU的主要功能功能1执行程序指令，控制计算机系统运行。功能2处理数据，完成各种计算和逻辑运算。功能3管理内存，分配和管理存储空间。功能4与外部设备交互，协调数据输入和输出。CPU的执行过程1取指令从内存中获取指令。2译码将指令翻译成CPU可理解的指令。3执行根据指令进行数据处理。4写回将处理结果写入内存。存储器1存储器类型2主存储器直接与CPU交互。3辅助存储器用于长期保存数据。主存储器类型RAM随机存取存储器，可读写，断电数据丢失。ROM只读存储器，只能读取，断电数据不丢失。辅助存储器硬盘机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)光盘CD、DVD、蓝光光盘U盘闪存盘输入输出设备输入设备将信息传递给计算机。输出设备将计算机处理的信息传递给用户。输入设备分类键盘输入文字、命令。鼠标控制光标、选择选项。扫描仪将图像或文档转换为电子形式。麦克风录制声音。输出设备分类显示器显示文字、图像、视频。打印机将电子文档打印到纸张上。音箱播放声音。投影仪将图像投射到屏幕上。接口总线总线的类型地址总线传输地址信息。数据总线传输数据信息。控制总线传输控制信号。总线的特点共享性多个设备共享总线。并行性同时传输多个数据位。时序性数据传输按照特定时间顺序进行。计算机运行过程1输入数据通过输入设备将数据输入计算机。2CPU处理CPU根据指令对数据进行处理。3存储结果将处理结果存储到内存或辅助存储器。4输出结果通过输出设备将处理结果输出。指令周期1取指从内存中读取指令。2译码将指令翻译成CPU可执行的指令。3执行执行指令，处理数据。4写回将处理结果写入内存。程序执行过程1加载程序将程序代码加载到内存中。2执行指令CPU执行程序中的每条指令。3输出结果将处理结果输出到显示器或其他输出设备。运算单元算术运算加减乘除等运算。逻辑运算与或非等运算。逻辑单元比较比较数据大小。判断根据条件执行不同的操作。逻辑运算进行与或非等运算。控制单元指令控制控制CPU执行指令。时序控制协调各个部件工作的时间顺序。数据流控制控制数据在各个部件之间的流动。缓存技术1概念在CPU和主存储器之间增加一层高速缓存，用于存放常用的数据和指令。2目的提高数据访问速度，加快程序执行。3原理根据程序访问数据的局部性原理，将最常访问的数据存储在缓存中。缓存的工作原理1CPU访问数据CPU需要访问数据时，首先检查缓存。2缓存命中如果数据在缓存中，直接从缓存读取数据。3缓存不命中如果数据不在缓存中，需要从主存储器读取数据，并将其写入缓存。缓存的性能指标命中率CPU访问数据时，命中缓存的比例。平均访问时间CPU访问数据的平均时间。并行处理技术1概念利用多个处理器或多个核心同时执行多个任务，提高处理速度。2目的提升计算机系统性能，更快地完成任务。3类型多核处理器、多处理器系统。超标量处理器特点能够在同一时钟周期内执行多条指令。实现使用多条指令流水线和多功能运算单元。管线技术1原理将指令执行过程分解成多个阶段，每个阶段由专门的部件完成。2优势提高指令执行效率，提高CPU性能。存储器层次结构1存储器层次结构2L1缓存速度最快，容量最小。3L2缓存速度较快，容量较大。4L3缓存速度较慢，容量最大。5主存储器容量最大，速度最慢。虚拟存储器概念利用硬盘空间来扩展主存储器的容量。原理将程序和数据划分成页面，一部分存储在内存