计算机组成原理课件第1章概论

计算机组成原理课件第1章概论计算机系统概述计算机硬件系统计算机软件系统计算机的工作原理计算机的性能指标与评价计算机系统概述01计算机是一种能自动、高速、精确地进行信息处理的现代化电子设备。计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路等几个阶段。摩尔定律指出了在一个芯片上集成的晶体管数量每18个月翻一倍，但由于物理学的限制，集成电路的技术极限已经接近。计算机的定义与发展

计算机系统的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。软件系统包括系统软件和应用软件两大类，其中系统软件又包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统等。计算机的工作过程就是执行程序的过程，即逐条指令地取出并执行的过程。计算机每执行一条指令，都可分为取指、分析和执行三个基本阶段。在取指阶段，计算机从内存中取出当前要执行的指令，并将其送到控制器的指令寄存器中；在分析阶段，计算机对取出的指令进行分析，指出它要求什么操作；在执行阶段，计算机根据分析结果，由控制器发出完成操作所需的一系列控制信号，以便指挥全机协调工作完成该指令的功能。010203计算机的工作过程计算机硬件系统0203寄存器暂存数据和指令01运算器执行算术和逻辑运算02控制器控制计算机各部分协调工作中央处理器主存储器存放正在运行的程序和数据辅助存储器长期保存程序和数据存储器输入设备将信息输入到计算机中输出设备将计算机处理结果输入输出设备计算机软件系统03系统软件管理和控制计算机硬件及软件资源，提供用户与计算机之间的接口。连接和驱动各种硬件设备，使其正常工作。存储、管理和检索数据。将高级语言程序翻译成机器语言程序，以便计算机执行。操作系统设备驱动程序数据库管理系统语言处理程序办公软件图像处理软件音视频处理软件游戏软件应用软件01020304处理文字、表格、演示文稿等日常办公任务。对图像进行编辑、处理和优化。处理音频和视频文件，进行剪辑、合成和特效制作。提供娱乐和游戏功能。提供代码编辑、编译、调试和测试等功能的集成环境。集成开发环境（IDE）管理软件开发过程中的版本变更和协作。版本控制工具对软件进行自动化测试，提高测试效率和准确性。自动化测试工具分析代码质量、性能和安全性等方面的问题，帮助开发人员改进代码质量。代码分析工具软件开发工具计算机的工作原理04计算机执行某种操作的命令，由操作码和操作数组成。指令指令系统指令格式一台计算机中所有指令的集合，反映了计算机的基本功能和性能指标。操作码+地址码（操作数），其中操作码指明操作性质，地址码是操作数在存储器中的地址。030201指令与指令系统取指令分析指令执行指令存储结果计算机执行指令的过程从存储器中取出要执行的指令，送到指令寄存器。根据分析结果，按指令规定的操作执行相应的动作。对指令寄存器中的指令进行分析，确定指令类型和操作数地址。将执行结果存储到指定位置。程序的执行过程程序的顺序执行按照程序中的指令顺序，逐条执行指令。程序的循环执行某段程序被多次重复执行，直到满足结束条件。程序的分支执行根据条件判断的结果，选择不同的指令执行路径。中断处理当计算机在执行程序过程中遇到外部事件或内部异常时，会中断当前程序的执行，转去处理中断事件，处理完后再返回原程序继续执行。计算机的性能指标与评价05可用性计算机的可用性是指计算机在某一时刻能提供给用户的最大服务能力，包括系统的处理能力、响应时间、吞吐量、故障恢复时间等。运算速度计算机的运算速度是指计算机每秒钟能执行的指令数，一般以MIPS(百万条指令/秒)或MFLOPS(百万次浮点运算/秒)为单位来衡量。存储容量计算机的存储容量是指计算机内部存储器（主存）所能存储信息的总字节数，一般以字节（Byte）为单位，也可以用位（bit）来表示。可靠性计算机的可靠性是指计算机在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。计算机的主要性能指标通过运行一系列标准化的测试程序来评价计算机的性能，这些测试程序被设计成能反映计算机在各种应用领域的性能表现。基准测试程序将多个单项性能指标通过一定的权重组合起来，形成一个综合性的评价指标，以此来全面评价计算机的性能。综合评价法在评价计算机性能时，不仅考虑计算机的性能指标，还要考虑计算机的价格因素，通过性价比来评价计算机的性能。性价比评价法计算机性能评价的方法与标准通过提高计算机主频来提高运算速度，但需要注意散热和功耗问题。提高主频采用多核技术优化算法升级硬件设备通过采用多核技术来提高计算机的并行处理能力，从而