卢伟《计算机原理》themicrocomputerprinciple-ch课件

卢伟《计算机原理》课件目录计算机系统概述微处理器存储器输入输出设备总线与接口数据表示与处理CONTENTS01计算机系统概述CHAPTER计算机的发展历程19世纪，使用齿轮等机械装置，计算能力有限。20世纪40年代，第一台电子计算机诞生，具备更强大的计算能力。20世纪70年代，个人计算机出现，计算机开始普及。20世纪90年代，互联网的兴起，使计算机成为获取信息、交流沟通的重要工具。机械计算机时代电子计算机时代微型计算机时代互联网时代输入设备输出设备存储器处理器计算机的组成结构01020304键盘、鼠标、摄像头等，用于向计算机输入数据和命令。显示器、打印机等，用于显示或输出计算机处理结果。硬盘、内存等，用于存储数据和程序。CPU，负责执行程序中的指令和处理数据。二进制数制处理器按照程序中的指令执行操作，处理数据并输出结果。指令执行数据存储系统总线01020403连接各个部件，传输数据和控制信号。计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。数据以二进制形式存储在存储器中，根据需要被读取和写入。计算机的工作原理02微处理器CHAPTER运算器负责执行算术和逻辑运算。控制器负责控制微处理器的操作流程。寄存器组用于存储运算结果和待处理数据。总线接口负责数据传输和地址寻址。微处理器的结构123微处理器能够直接执行的指令，如加法、减法等。机器指令将机器指令与操作数结合，形成可执行的汇编指令。汇编指令通过编译器将高级语言程序转换为汇编指令，再由汇编器转换为机器指令。高级语言指令指令系统从内存中读取指令并存入指令寄存器。取指令对指令进行译码，确定需要执行的操作和操作数。译码根据译码结果，由运算器完成相应的运算或逻辑操作。执行根据需要访问内存或输入输出设备。访存微处理器的操作过程微处理器的性能指标微处理器一次能处理的二进制位数，通常以32位或64位表示。字长用于存储经常访问的指令和数据，提高访问速度。高速缓存微处理器的能耗，通常以功率或能量效率表示。功耗微处理器每秒钟执行的时钟周期数，反映了处理速度。主频03存储器CHAPTER用于存储当前运行中的程序和数据，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。主存储器辅助存储器缓冲存储器用于存储长期保存的数据和程序，如硬盘、光盘、U盘等。用于暂时存储数据和指令，提高数据传输速度，如CPU内部的缓存。030201存储器的分类分类静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。用途主要用作计算机的主存储器，存放运行中的程序和数据。特点可随时读写，读写速度与存储单元的位置无关。随机存取存储器（RAM）分类掩膜只读存储器（MaskROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。特点只能读出数据，不能写入数据。用途主要用于存放计算机启动程序、微处理器核芯程序等重要信息。只读存储器（ROM）高速、小容量的存储器，用于暂时存放CPU频繁访问的数据和指令。特点利用程序访问的局部性原理，将CPU近期访问的数据预先读取并保存在Cache中，以提高CPU访问数据的速度。工作原理CPU内部缓存、主板缓存、硬盘缓存等。用途010203高速缓存（Cache）04输入输出设备CHAPTER键盘是用户向计算机输入数据和命令的主要设备，通过按键将字符、数字等数据输入到计算机中。键盘鼠标是一种图形化输入设备，用户可以通过移动鼠标和点击鼠标按钮来选择、拖动和激活屏幕上的对象。鼠标扫描仪可以将纸质文档转化为数字格式，通过扫描仪可以将文字、图像等信息输入到计算机中。扫描仪触摸屏是一种交互式输入设备，用户可以通过触摸屏幕来输入数据和命令，常见于移动设备和自助服务终端。触摸屏输入设备显示器显示器是计算机的主要输出设备，用于显示文字、图像和视频等信息。打印机打印机可以将计算机中的数据输出到纸张上，实现硬拷贝输出。投影仪投影仪可以将计算机中的数据投影到屏幕上，常用于会议和教学演示。音频设备音频设备包括扬声器和耳机等，用于输出计算机中的音频信息。输出设备中断方式当输入/输出设备完成一项任务时，会向CPU发送一个中断信号，CPU会暂停当前工作转去处理输入/输出设备的中断请求。DMA方式是一种允许某些硬件子系统在没有CPU干预下向主存传输数据的技术。输入/输出处理机方式是一种将输入/输出设备和CPU分离的设计思想，输入/输出处理机专门负责输入/输出数据的传输和控制。总线方式是一种将多个设备连接到同一条数据线上，通过数据总线实现设备之间的数据传输的控制方式。直接内存存取（DMA）方式输入/输出处理机方式总线方式输入输出控制方式05总线与接口CHAPTER分类系统总线、I/O总线、外总线功能数据传输、地址传输、控制传输、信息交互总线的分类与功能信号类型并行信号、串行信号错误检测与纠正奇偶校验、循环冗余校验（CRC）数据格式单字节数据、多字节数据传输方式同步传输、异步传总线的通信协议1带宽总线的传输速率，单位为Mbps或Gbps延迟总线上传输信号所需的时间，单位为ns或us负载能力总线上可连接的设备数量兼容性不同总线标准之间的互操作性或连接性总线的性能指标06数据表示与处理CHAPTER二进制是计算机中基本的数制，每一位只有0和1两种状态。在计算机中，二进制数通常用8位、16位、32位或64位等不同位数来表示。二进制数的运算包括加法、减法、乘法和除法等基本运算，以及位移运算、逻辑运算等特殊运算。这些运算在计算机中都是由硬件电路实现的。二进制数的表示与运算二进制数的运算二进制数的表示十进制数的表示十进制是我们日常生活中最常用的数制，每一位有0-9共10种状态。在计算机中，十进制数可以通过各种编码方式来表示，如ASCII码、Unicode码等。十进制数的运算十进制数的运算包括加法、减法、乘法和除法等基本运算，同样适用于十进制数。在计算机中，十进制数可以通过软件实现运算，但运算速度较慢。十进制数的表示与运算字符和字符串的表示与处理字符的表示字符是计算机中存储和传输信息的基本单位，包括字母、数字、标点符号等。在计算机中，字符通常用ASCII码或Unicode码来表示。字符串的处理字符串是由字符组成的序列。在计算机中，字符串的处理包括字符串的查找、替换、排序等操作，这些操作可以通过各种字符串处理函数或算法实现。数据压缩是指通过特定的算