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计算机组成技术PPT大纲计算机系统概述中央处理器存储器输入输出设备计算机系统总线计算机组成技术的发展趋势计算机系统概述010102机械计算机时代1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。晶体管计算机时代20世纪50年代初，晶体管取代真空管，体积减小、能耗降低、可靠性提高。小型化集成电路计算机时代20世纪60年代，集成电路取代晶体管，尺寸缩小、速度提高、可靠性增强。大规模集成电路计算机时代20世纪70年代，大规模集成电路取代小规模集成电路，集成度更高、功能更强大。现代计算机技术21世纪初，计算机技术发展迅速，云计算、大数据、人工智能等成为热门领域。030405计算机的发展历程03计算机网络包括网络硬件和网络软件等。01硬件系统包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。02软件系统包括操作系统、应用软件等。计算机系统的基本组成指计算机每秒钟执行的指令数，单位为百万条指令/秒（MIPS）。运算速度指计算机的内存和外存容量，单位为字节（Byte）。存储容量指计算机与外部设备之间的数据传输速度，单位为兆位每秒（Mbps）。数据传输速率指计算机的平均无故障时间（MTBF）和平均修复时间（MTTR）。可靠性计算机的主要性能指标中央处理器02数据路径指令集存储结构输入输出CPU的结构与功能CPU中的算术逻辑单元、寄存器和控制器等组成，负责执行指令和数据处理。CPU内部的寄存器、高速缓存和主存之间的层次结构，用于存储数据和指令。CPU所支持的指令集合，包括算术运算、逻辑运算、控制流和输入输出等指令。CPU与外部设备之间的数据传输和控制。CPU执行指令的速度，通常以主频（MHz或GHz）表示。速度CPU所支持的指令集合的丰富程度和性能。指令集CPU内部高速缓存的容量和速度，对提高程序执行效率至关重要。缓存CPU的能耗效率，通常以每瓦特性能表示。能耗CPU的主要性能指标多核技术通过将多个核心集成在一个芯片上，提高CPU的并行处理能力。64位计算随着64位操作系统的普及，64位CPU已成为主流。低能耗技术随着移动设备的普及，低能耗技术已成为CPU发展的重要趋势。人工智能和神经网络随着人工智能技术的不断发展，神经网络处理器等新型CPU架构正在逐步兴起。CPU的发展趋势存储器03根据存储介质，存储器可以分为半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器等；根据存储方式，存储器可以分为随机存储器和顺序存储器。存储器的主要功能是存储数据和指令，为计算机内部和外部设备提供数据存取服务，同时作为主存和辅存的桥梁。存储器的分类与功能功能分类内存储器的容量是指其所能存储的二进制信息的总量，通常以字节为单位。容量速度可靠性功耗内存储器的速度是指其存取数据的快慢程度，通常用存取时间和存取周期来表示。内存储器的可靠性是指其长期稳定工作的能力，通常用平均故障间隔时间来衡量。内存储器的功耗是指其正常工作时所消耗的电能，通常以毫瓦时为单位。内存储器的主要技术指标技术进步01随着半导体技术的不断发展，存储器的容量和速度得到了显著提升。未来，随着新材料和新工艺的应用，存储器的性能将进一步提高。多元化和个性化02随着云计算、大数据和人工智能等技术的普及，数据类型和数据量呈现出爆炸式增长。未来，存储器将更加多元化和个性化，以满足不同应用场景的需求。绿色环保03随着全球环保意识的提高，绿色环保已成为各行各业关注的焦点。未来，存储器将更加注重绿色环保，降低功耗和减少对环境的影响。存储器的发展趋势输入输出设备04键盘用于选择屏幕上的对象、输入坐标和执行命令，提高操作效率。鼠标扫描仪触摸屏01020403通过触摸屏幕直接输入信息，常见于移动设备和交互式展示。用于输入字符、数字和命令，是计算机最常用的输入设备之一。将纸质文档转化为数字格式，方便存储、传输和编辑。输入设备的主要类型与功能显示器显示计算机处理的信息，是用户与计算机交互的主要界面。打印机将计算机中的文档或图像输出到纸张上，方便阅读和保存。投影仪将计算机中的信息投影到大屏幕上，便于多人观看和讨论。音响播放声音信息，输出语音、音乐和音效等。输出设备的主要类型与功能无线化摆脱线缆束缚，提高设备的移动性和使用便利性。高清化提高显示和输出质量，为用户提供更清晰、逼真的视听体验。人性化注重用户体验，简化操作，提高输入输出的准确性和效率。智能化结合人工智能技术，实现设备的自动识别、智能响应和个性化服务。输入输出设备的发展趋势计算机系统总线05数据总线用于在计算机各部件之间传输数据，是计算机中最重要的总线之一。地址总线用于传输地址信息，确定数据传输的目的地。控制总线用于传输控制信号，控制各部件的行为。总线的分类与功能总线宽度指总线上一次传输的数据位数，通常以位（bit）为单位。总线频率指总线上的时钟频率，以兆赫兹（MHz）为单位，反映了总线的传输速率。总线带宽指单位时间内总线上传输的数据量，通常以字节（Byte）为单位。总线的主要技术指标030201随着处理器速度的提高，总线速度也需要相应提高，以减小数据传输延迟。高速总线技术为了方便不同厂商之间的硬件互连和兼容，总线标准逐渐形成并不断完善。总线标准化为了满足不同类型数据传输的需求，多总线结构逐渐成为主流。多总线结构总线的发展趋势计算机组成技术的发展趋势06硬件加速器概述硬件加速器是一种专门用于处理特定计算任务的专用硬件设备，可以显著提高计算性能和效率。硬件加速器在计算机组成技术中的应用场景硬件加速器在计算机组成技术中广泛应用于高性能计算、人工智能、图形处理等领域。硬件加速器的优势与挑战硬件加速器具有高性能、低功耗、高可靠性等优势，但也面临着设计复杂度高、成本高等挑战。硬件加速器在计算机组成技术中的应用可重构计算在计算机组成技术中的应用可重构计算具有灵活性高、功耗低、可靠性高等优点，但也面临着设计复杂度高、实现难度大等挑战。可重构计算的优点与挑战可重构计算是一种计算模式，其基本思想是将计算过程动态地划分为多个阶段，每个阶段可以根据需要重新配置计算资源。可重构计算概述可重构计算在计算机组成技术中广泛应用于信号处理、图像处理、数值计算等领域。可重构计算在计算机组成技术中的应用场景量子计算概述量子计算是一种基于量子力学原理的计算模式，其基本单元是量子比特，可以同时表示0和1，从而实现