计算机组成原理作业答案教学课件

计算机组成原理作业答案教学课件计算机系统概述中央处理器存储器输入输出系统总线计算机系统性能评测目录01计算机系统概述03数据计算机系统处理的对象，可以是数字、文字、图像、音频或视频等。01硬件计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器、内存、存储设备、输入输出设备等。02软件计算机系统的非物质组成部分，包括操作系统、应用程序、数据库等。计算机系统的基本组成最低层次，由物理硬件组成，包括中央处理器、内存、存储设备和输入输出设备等。硬件层位于硬件层之上，负责管理和调度硬件资源，提供系统调用接口。操作系统层最高层次，提供各种应用程序和服务，使用户能够与计算机系统进行交互。应用层计算机系统的层次结构指令执行计算机通过执行指令来执行任务，每条指令由操作码和操作数组成。存储程序程序被存储在内存中，由操作系统按照程序计数器的值依次取出指令并执行。输入输出输入输出设备将数据输入到内存中或从内存中输出数据。计算机的工作原理02中央处理器控制和运算计算机内部指令，处理数据，控制计算机各部件协调工作。运算器、控制器、寄存器、指令译码器等。CPU的功能和组成组成功能字长指CPU一次能处理的数据位数，通常位数越多，处理能力越强。主频指CPU时钟频率，主频越高，CPU执行指令的速度越快。缓存指CPU高速存储器，用于存储CPU运算过程中需要频繁访问的数据。指令集指CPU支持的指令集合，不同指令集会影响CPU的性能和功能。CPU的主要技术指标16位处理器代表产品为Intel8086和8088，主要用于个人电脑和服务器。4位处理器代表产品为Intel4004，主要用于计算器。8位处理器代表产品为ZilogZ80，主要用于小型计算机和游戏机。32位处理器代表产品为IntelPentium，主要用于个人电脑、服务器和高端工作站。64位处理器代表产品为AMDOpteron和IntelItanium，主要用于高端服务器和工作站。CPU的发展历程汇编语言用助记符表示指令，易于理解和编写，但与机器指令仍有一定关联。高级语言如C、C、Java等，与自然语言较为接近，易于编写和维护，但需经过编译转换成机器指令才能执行。机器指令由二进制代码表示，直接控制硬件动作。CPU的指令系统03存储器主存储器（MainMemory）：用于存储当前运行中的程序和数据，与CPU直接交换信息。高速缓冲存储器（Cache）：用于存储CPU经常访问的数据，提高数据访问速度。辅助存储器（SecondaryMemory）：用于存储大量数据和程序，与主存储器配合使用。寄存器（Register）：用于存储CPU内部操作的数据。存储器的分类读/写控制电路根据CPU的读写命令，控制数据在CPU和存储单元之间的传输。存储单元用于存储二进制信息。内存储器由存储单元、地址译码器、读/写控制电路和数据缓冲器等组成。地址译码器将CPU送来的地址信号转换成对应的存储单元地址。数据缓冲器用于暂存数据，提高数据传输速率。内存储器的组成及工作原理0103020405内存储器的主要技术指标内存储器的存储容量，以字节为单位。容量单位时间内内存储器传输数据的量，以字节/秒为单位。带宽内存储器的耗电量，以瓦特为单位。功耗从CPU发出读写命令到数据开始传输的时间间隔。存取时间高速缓冲存储器是位于CPU和主存储器之间的缓存，用于存储CPU经常访问的数据。当CPU需要访问数据时，会先检查该数据是否在Cache中，如果在则直接从Cache中读取，否则从主存储器中读取并缓存到Cache中。Cache的访问速度比主存储器快，因此可以提高CPU访问数据的速度。高速缓冲存储器（Cache）04输入输出系统输入输出系统的基本概念输入输出系统输入输出系统是计算机中负责与外部设备进行数据传输的子系统。它包括输入设备、输出设备和接口设备等。输入设备输入设备用于将数据从外部世界输入到计算机中，如键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备输出设备用于将计算机中的数据输出到外部世界，如显示器、打印机、音响等。接口设备接口设备用于连接计算机与外部设备，如串口、并口、USB接口等。输入输出设备的分类根据传输方式的不同，输入输出设备可以分为串行设备和并行设备两类。串行设备数据一位一位地传输，而并行设备则可以同时传输多个数据位。常见输入输出设备常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等；常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。输入输出设备输入输出接口的作用输入输出接口是连接计算机与外部设备的桥梁，它负责数据的传输和控制信号的传递。常见输入输出接口常见的输入输出接口包括串口、并口、USB接口等。这些接口都有各自的特点和使用范围，可以根据需要选择合适的接口。输入输出接口输入输出控制方式DMA方式是一种更为先进的输入输出控制方式，它通过允许外部设备直接访问内存，来实现数据的快速传输。这种方式效率非常高，适用于大数据量的高速传输。DMA（DirectMemoryAccess）方式程序查询方式是一种早期的输入输出控制方式，它通过CPU不断查询外部设备是否准备好数据，来实现数据的输入输出。这种方式效率较低，不适合于高速数据传输。程序查询方式中断方式是一种较先进的输入输出控制方式，它通过允许外部设备主动向CPU发送中断信号，来请求数据的输入输出。这种方式效率较高，适用于高速数据传输。中断方式05总线总结词总线是计算机各部件之间传输信息的公共通道，根据功能和传输速率的不同，总线可分为多种类型。详细描述总线是计算机各部件之间传输信息的公共通道，按照传输速率和功能的不同，总线可以分为地址总线、数据总线和控制总线等类型。地址总线用于传送地址信息，数据总线用于传送数据信息，控制总线则用于传送控制信号。总线的概念及分类总线的性能和特性可以通过多个技术指标来衡量，包括总线的带宽、传输速率、负载能力等。总结词总线的带宽指的是单位时间内传输数据的位数，通常以位/秒为单位来表示。总线的传输速率则是指总线上每秒钟传输的字节数，通常以字节/秒为单位来表示。总线的负载能力则是指总线上可以连接的设备数量以及每个设备的驱动能力。详细描述总线的主要技术指标总结词：总线上的设备通过仲裁方法来获取总线使用权，常见的仲裁方法有独立请求仲裁法和菊花链仲裁法等。控制方式则是指总线上设备之间的通信方式。详细描述：在总线中，多个设备可能同时需要使用总线资源，因此需要有一种机制来确定哪个设备可以使用总线。常见的仲裁方法有独立请求仲裁法和菊花链仲裁法等。独立请求仲裁法是指每个设备都有自己的请求线，当设备需要使用总线时，通过请求线向总线控制器发送请求信号。菊花链仲裁法则是将设备串联起来形成一个菊花链，通过菊花链上的信号传递来确定哪个设备可以使用总线。总线上设备之间的通信方式可以通过同步通信和异步通信等方式来实现。总线仲裁方法和控制方式总线标准及发展历程随着计算机技术的发展，总线标准也在不断演进和改进，从早期的ISA、EISA总线标准到PCI、PCI-Express等现代总线标准，总线的带宽和传输速率不断提高。总结词随着计算机技术的不断发展，总线标准也在不断演进和改进。早期的计算机使用的是ISA、EISA等总线标准，这些标准的数据传输速率较低，已经无法满足现代计算机的性能需求。因此，出现了PCI、PCI-Express等现代总线标准，这些标准的数据传输速率更高，可以更好地满足高性能计算机的性能需求。未来，随着技术的不断发展，总线标准将会继续演进和改进，以适应更高的性能需求和技术挑战。详细描述06计算机系统性能评测计算机系统性能评测是指对计算机系统的性能进行评估和测量的过程，包括处理速度、内存容量、磁盘性能、网络带宽等方面。性能评测的目的是为了了解计算机系统的性能水平，发现瓶颈和潜在的优化空间，为系统升级或优化提供依据。性能评测的结果可以用于比较不同计算机系统的优劣，帮助用户选择合适的计算机硬件配置。计算机系统性能评测的基本概念基准测试负载测试压力测试性能指标计算机系统性能评测的方法和指标模拟实际应用场景，通过运行各种应用程序或模拟大量用户请求来测试计算机系统的性能表现。在极限负载情况下测试计算机系统的稳定性和可靠性，通常通过长时间运行高负载任务或模拟大量用户同时访问系统来进行。包括处理速度、内存容量、磁盘读写速度、网络带宽等，这些指标可以量化地描述计算机系统的性能水平。使用专门的测试软件或工具对计算机系统的各项性能指标进行测试，如处理器性能测试、内存速度测试等。通过