哈工大计算机组成原理第七章课件唐朔飞老师

哈工大计算机组成原理第七章课件唐朔飞老师目录第七章概述指令系统中央处理器存储器输入输出系统01第七章概述02030401章节目标掌握计算机系统结构的基本概念和原理。理解计算机系统的层次结构。掌握计算机系统的性能评价方法。了解计算机系统的发展趋势和前沿技术。章节内容计算机系统概述介绍计算机系统的基本组成、发展历程和分类方法。计算机系统的层次结构详细阐述计算机系统的层次结构，包括硬件层、操作系统层、应用程序层等，以及各层次之间的关系和交互方式。计算机系统性能评价介绍计算机系统的性能评价指标和方法，如指令周期、主频、内存带宽等，以及如何通过这些指标评价计算机系统的性能。计算机系统的发展趋势和前沿技术介绍计算机系统的发展趋势，如并行计算、云计算、量子计算等，以及当前的前沿技术，如神经网络处理器、光子计算机等。02指令系统指令指令是计算机执行操作的命令，由操作码和操作数组成。指令系统指令系统是计算机中所有指令的集合，是计算机硬件与软件之间的接口。指令系统的发展随着计算机技术的发展，指令系统也在不断发展和完善。指令系统的基本概念完备性指令系统应包含计算机程序执行所需的各种指令，满足各种应用的需求。简明性指令系统的设计应简单明了，易于理解和使用。统一性指令的格式和表示方法应统一，方便编写和维护。高效性指令系统应能高效地完成各种计算任务，提高计算机的运算速度和效率。指令系统的设计原则根据指令的功能，可以将指令分为算术运算指令、逻辑运算指令、控制指令、输入输出指令等。根据操作数的寻址方式，可以将指令分为立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。指令系统的分类按寻址方式分类按功能分类03中央处理器03输入输出功能CPU能够处理输入输出设备的数据，实现人机交互。01数据处理功能CPU能够执行算术运算、逻辑运算等各种数据操作，处理数据。02控制功能CPU能够根据指令控制计算机各部件协调工作，保证计算机的正常运行。CPU的功能运算器是CPU中执行算术和逻辑运算的部件，主要负责数据的加工和处理。运算器控制器是CPU中的指挥中心，负责控制指令的执行顺序和时序。控制器寄存器是CPU中存储数据和指令的部件，用于暂存数据和指令。寄存器CPU的组成CPU的结构指令系统指令系统是CPU能够执行的指令集合，包括各种算术运算、逻辑运算等操作。流水线技术流水线技术是CPU中采用的一种并行处理技术，将一条指令的执行过程划分为多个阶段，每个阶段由不同的处理单元完成，以提高CPU的执行效率。多核技术多核技术是CPU中采用的一种并行处理技术，通过集成多个核心，实现多个线程的同时执行，提高CPU的处理能力。04存储器半导体存储器由半导体器件组成的存储器，分为静态和动态两种。磁表面存储器利用磁性材料作为存储介质，如磁盘和磁带。存储器的分类光学存储器：利用光学原理进行信息存储，如光盘。存储器的分类只读存储器（ROM）只能读出数据，不能写入数据，断电后数据不会丢失。顺序存取存储器（SAM）按照顺序进行读写，速度较慢。随机存取存储器（RAM）可以随时读写，速度较快，但断电后数据会丢失。存储器的分类作用主存储器是计算机系统中的主要存储器，用于存放运算过程中的中间结果和数据。组成主存储器由多个存储单元组成，每个单元都有一个唯一的地址。容量主存储器的容量通常以字节为单位，随着技术的发展，容量越来越大。速度主存储器的速度与计算机系统的整体性能密切相关，需要不断提高。主存储器高速缓冲存储器是为了解决CPU与主存储器之间速度不匹配的问题而设置的。作用原理分类管理方式通过将CPU近期访问的数据存放在一个快速的缓存中，可以大大提高CPU访问数据的速度。高速缓冲存储器可以分为一级缓存、二级缓存等，级别越高速度越快，容量越小。高速缓冲存储器的管理通常由硬件自动完成，不需要程序员干预。高速缓冲存储器05输入输出系统输入设备键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、摄像头等，用于将用户输入的数据转换为计算机可以识别的信号。输出设备显示器、打印机、音响等，用于将计算机处理后的数据转换为人类可识别的信号。I/O设备I/O接口是连接I/O设备与主机之间的桥梁，负责传输数据和控制设备操作。定义常见的I/O接口有串行接口、并行接口、USB接口、SATA接口等。类型I/O接口01020304程序查询方式通过程序不断查询设备状态，判断是否可以进行数据传输。中断方式当设备就绪时，向主机发送中断信号，请求进行数