2024计算机组成原理大纲

添加副标题2024计算机组成原理大纲汇报人：AA目录CONTENTS01添加目录标题02计算机系统概述03数据表示与运算04指令系统与汇编语言05存储系统06中央处理器PART01添加章节标题PART02计算机系统概述计算机系统的基本组成硬件系统：包括CPU、内存、存储设备、输入输出设备等软件系统：包括操作系统、应用软件、程序设计语言等数据表示：包括二进制、十六进制、ASCII码等计算机网络：包括局域网、广域网、互联网等计算机硬件的基本结构处理器：CPU，负责执行指令和处理数据内存：RAM，用于存储程序和数据存储设备：硬盘、光盘、U盘等，用于长期存储数据输入输出设备：键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于人机交互总线：连接计算机硬件各个部分的通道电源：为计算机硬件提供电力支持计算机软件的基本组成操作系统：管理和控制计算机硬件和软件资源应用软件：提供特定功能，如办公软件、图形图像处理软件等编程语言：用于编写计算机程序的语言，如C、C++、Java等开发工具：辅助程序员编写、调试和维护程序的工具，如IDE、编译器、调试器等数据库管理系统：管理、存储和检索数据的软件，如MySQL、Oracle、SQLServer等中间件：连接不同软件系统的软件，如Web服务器、消息队列、缓存服务器等计算机系统的层次结构添加标题添加标题添加标题添加标题操作系统层：管理硬件资源，提供各种服务，如进程管理、存储管理、文件管理等硬件层：包括CPU、内存、存储设备、输入输出设备等应用层：提供各种应用程序，如文本编辑、图像处理、网络浏览等用户层：用户通过应用程序与计算机系统交互，完成各种任务PART03数据表示与运算数据表示进制转换：二进制、十进制、十六进制等数据类型：整数、浮点数、字符、字符串等数据编码：ASCII、Unicode等数据压缩与解压缩：Huffman编码、LZW编码等数值的二进制表示二进制数的定义：由0和1组成的数二进制数的表示方法：按位权展开二进制数的运算规则：加法、减法、乘法、除法二进制数的优点：易于实现、节省存储空间、便于计算机处理数值的运算加法：将两个数值相加，得到一个新的数值除法：将一个数值除以另一个数值，得到一个新的数值减法：从一个数值中减去另一个数值，得到一个新的数值余数：在除法中，被除数减去除数与商的乘积，得到的数值乘法：将两个数值相乘，得到一个新的数值指数：一个数值的幂，表示这个数值乘以自身若干次浮点数的表示与运算浮点数的定义：由符号位、指数位和尾数位组成的数浮点数的表示方法：IEEE754标准浮点数的运算：加减乘除、比较、转换等浮点数的精度和范围：取决于指数位和尾数位的位数浮点数的应用：科学计算、图形图像处理、人工智能等领域PART04指令系统与汇编语言指令系统的基本概念指令系统：计算机硬件与软件之间的接口汇编器：将汇编语言翻译成机器语言的程序汇编语言：一种低级编程语言，用于编写计算机指令指令：计算机硬件能够识别和执行的基本操作指令类型：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制指令等指令格式：操作码和操作数指令格式寻址方式：表示指令的操作数来源和存放位置指令类型：包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、控制指令等指令编码：将指令格式转换为二进制代码，以便计算机执行指令长度：固定长度或可变长度操作码：表示指令的功能和操作类型操作数：表示指令的操作对象和操作结果寻址方式寄存器寻址：操作数包含在寄存器中基址寻址：操作数地址与某个寄存器中的值相加得到变址寻址：操作数地址与某个寄存器中的值相加，再加上一个立即数得到立即数寻址：操作数直接包含在指令中直接寻址：操作数地址直接包含在指令中间接寻址：操作数地址包含在另一个内存单元中指令类型数据传送指令：用于数据之间的传送算术运算指令：用于基本的算术运算逻辑运算指令：用于基本的逻辑运算控制指令：用于控制程序的执行流程存储指令：用于数据的存储和读取输入输出指令：用于与外部设备进行数据交互汇编语言的基本语法汇编语言的基本结构：指令、操作数、操作码、地址码等汇编语言的数据类型：字节、字、双字、四字等汇编语言的运算类型：算术运算、逻辑运算、移位运算等汇编语言的控制结构：顺序、选择、循环等汇编语言的子程序调用：调用、返回、参数传递等汇编语言的宏定义：定义、引用、替换等PART05存储系统存储系统的层次结构主存：用于存储当前运行的程序和数据，速度较慢，容量较大辅存：用于存储暂时不运行的程序和数据，速度最慢，容量最大寄存器：用于存储指令和操作数，速度最快，容量最小缓存：用于存储频繁访问的数据，速度较快，容量适中主存储器功能：存储程序和数据，供CPU访问和执行概述：主存储器是计算机中用于存放数据和程序的主要部件类型：RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、FlashMemory（闪存）等性能指标：容量、速度、价格等高速缓存添加标题添加标题添加标题添加标题原理：将常用的数据存储在高速缓存中，减少对内存的访问次数作用：提高计算机性能，减少内存访问时间类型：L1、L2、L3缓存，速度依次降低，容量依次增大更新策略：写回（Write-Back）、写通（Write-Through）、不写（No-Write）策略虚拟存储器概念：将主存和辅存结合起来，形成一个统一的存储空间工作原理：将主存中的常用数据复制到辅存中，当主存空间不足时，将辅存中的数据替换到主存中优点：提高了主存的利用率，减少了主存的空间需求应用：广泛应用于操作系统、数据库系统等领域PART06中央处理器CPU的功能和组成寄存器：用于存储临时数据和指令，包括通用寄存器、专用寄存器和状态寄存器运算器：负责算术运算和逻辑运算控制器：负责控制计算机各部件的工作，包括指令译码、程序控制和异常处理功能：负责计算机的运算、逻辑判断和控制组成：包括运算器、控制器和寄存器指令执行过程指令获取：从内存中读取指令指令解码：解析指令，确定操作码和操作数指令执行：根据操作码执行相应的操作，如算术运算、逻辑运算等结果写回：将执行结果写回内存或寄存器指令流水线：优化指令执行过程，提高CPU性能指令缓存：缓存常用指令，减少内存访问时间指令流水线技术概念：将指令处理过程划分为多个阶段，每个阶段由专门的功能单元完成优点：提高处理器性能，减少等待时间实现方式：采用硬件技术，如流水线寄存器、多路选择器等应用：广泛应用于现代处理器设计中，如Intel、AMD等公司的处理器产品CPU的性能指标主频：CPU的时钟频率，单位为GHz核心数：CPU的核心数量，如双核、四核、八核等线程数：CPU可以同时处理的任务数量，如双线程、四线程、八线程等缓存：CPU内部的高速存储单元，用于存储频繁访问的数据，提高CPU处理速度指令集：CPU支持的指令集，如x86、ARM、RISC-V等能耗：CPU的功耗，单位为W，影响CPU的散热和续航能力RISC与CISC技术RISC（精简指令集计算机）：指令集精简，执行速度快，适用于高性能计算领域RISC与CISC的比较：RISC执行速度快，但编程复杂；CISC编程方便，但执行速度较慢RISC与CISC的发展趋势：RISC逐渐成为主流，CISC在某些领域仍有应用价值CISC（复杂指令集计算机）：指令集丰富，编程方便，适用于通用计算领域PART07输入输出系统I/O设备分类与特性存储设备：硬盘、光盘、U盘等输入设备：键盘、鼠标、触摸屏等输出设备：显示器、打印机、扬声器等网络设备：网卡、路由器、交换机等特性：速度、容量、可靠性、兼容性等I/O接口与控制方式常见I/O接口：USB、HDMI、以太网接口等控制方式分类：程序控制、中断控制、DMA控制等I/O接口：连接计算机内部与外部设备的桥梁控制方式：决定数据传输的速度和效率总线技术总线的定义：计算机内部各个部件之间传输信息的通道总线的分类：数据总线、地址总线、控制总线总线的工作原理：通过总线上的信号线传输数据、地址和控制信号总线的性能指标：带宽、延迟、吞吐量、效率等输入输出处理机功能：负责计算机的输入输出操作组成：包括输入设备、输出设备、输入输出控制器工作原理：通过输入设备接收用户输入的数据，通过输出设备显示处理结果应用：广泛应用于各种计算机系统中，如PC、服务器、嵌入式系统等I/O设备与主