计算机组成与结构PPT资料

计算机组成与结构是计算机科学的基础领域，涉及到计算机硬件和软件的综合理解。在这个主题中，我们首先会接触到计算机系统的概述，包括计算机硬件如CPU、内存、输入/输出设备等，以及计算机软件，如操作系统、应用软件等。计算机的层次结构是指从硬件到高级语言的逐层抽象，使得用户可以更方便地与计算机交互。 计算机的基本工作原理基于冯·诺依曼模型，即程序和数据存储在内存中，CPU按照预设的顺序执行指令。计算机的性能通常由多个指标衡量，如运算速度（时钟频率）、存储容量、能效比等。根据Flynn分类法，计算机系统可以分为单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）和多指令流多数据流（MIMD）四种类型。 运算方法和运算器是计算机的核心部分，负责数据处理。数据信息的表示涵盖了定点数和浮点数的编码，如补码、移码等。定点运算包括加减乘除，浮点运算则涉及更为复杂的步骤，如阶码调整和尾数运算。运算器的实现，如Am2901，以及数据校验码，如海明校验码，确保数据传输的正确性。 主存储器和存储体系是计算机中临时存储程序和数据的地方。存储器有多种类型，如DRAM、SRAM，以及高速缓存（Cache）和虚拟存储器。存储器的层次结构包括Cache-主存、主存-辅存层次，地址映像方式有直接映射、全相联映射和组相联映射，替换算法如FIFO和LRU影响了数据访问效率。虚拟存储器通过页式、段式或段页式管理，解决内存不足的问题。 指令系统是CPU理解和执行任务的语言。指令格式、寻址方式和指令类型定义了CPU的指令集，如RISC（精简指令系统计算机）和CISC（复杂指令系统计算机）。RISC以其简单高效的特性受到青睐，而CISC拥有更丰富的指令集。 中央处理器（CPU）是计算机的心脏，包括控制器和运算器。控制器负责产生微操作信号，执行指令，并处理异常和中断。时序系统定义了CPU内部操作的节奏，微程序控制则允许更灵活的指令执行流程。流水线技术提高了CPU的并行处理能力，通过将指令执行分解为多个阶段，实现了指令间的重叠处理。 计算机组成与结构的研究涵盖从底层硬件到高层软件的广泛知识，理解这些概念对于学习和设计计算机系统至关重要。