计算机系统知识优秀PPT.ppt
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1、计算机系统知识计算机系统知识现在学习的是第1页,共116页2023/2/272现在学习的是第2页,共116页考试内容说明:考试内容说明:“I”、“II”和和“III”表示掌握或熟悉表示掌握或熟悉的程度。的程度。“I”是指对所列知识要理解其内容及含义(理是指对所列知识要理解其内容及含义(理解)。解)。“II”指在有关问题中能直接使用(一般应用)指在有关问题中能直接使用(一般应用)。“III”是指对所列知识要理解其确切含义及与是指对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系,能够进行叙述和解释,并能其他知识的联系,能够进行叙述和解释,并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程在实际问题的分析、综
2、合、推理和判断等过程中运用(综合应用)中运用(综合应用)2023/2/273现在学习的是第3页,共116页考试科目考试科目1:计算机与网络知识:计算机与网络知识1、计算机系统知识、计算机系统知识1.1硬件知识硬件知识1.2操作系统知识操作系统知识1.3系统管理系统管理2023/2/274现在学习的是第4页,共116页1.1硬件知识硬件知识1.1.1计算机组成计算机组成1.1.2存储器存储器1.1.3输入输出结构和设备输入输出结构和设备返回返回2023/2/275现在学习的是第5页,共116页1.1.1计算机组成计算机组成计算机部件(运算器、控制器、存储器、计算机部件(运算器、控制器、存储器、I
3、/O设备)设备)(I)指令系统(指令的分类、操作码、寻址方指令系统(指令的分类、操作码、寻址方式、式、CISC、RISC)(I)处理器的性能处理器的性能(I)返回返回2023/2/276现在学习的是第6页,共116页中央处理器的构成中央处理器的构成2023/2/277现在学习的是第7页,共116页运算器运算器运算器是计算机中执行各种运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算算术和逻辑运算操作的部件。操作的部件。运算器由:算术逻辑单元(运算器由:算术逻辑单元(ALU)、累加器、)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。状态寄存器、通用寄存器组等组成。2023/2/278现在学习的是第8页,共116
4、页运算器运算器加法是运算器的基本功能,在大多数的处理器中,其他计算都是加法是运算器的基本功能,在大多数的处理器中,其他计算都是经过经过变换变换后进行的。后进行的。A、B是加数和被加数是加数和被加数Cin是低位进位是低位进位Cout是进位是进位S是和是和为完成为完成多位多位数据加法,可以通过增加电路和部件,使数据加法,可以通过增加电路和部件,使简单的加法器变为串行、并行加法器或超前进位加法简单的加法器变为串行、并行加法器或超前进位加法器等。器等。2023/2/279现在学习的是第9页,共116页控制器控制器2023/2/2710现在学习的是第10页,共116页控制器控制器指令寄存器(指令寄存器(
5、InstructionRegister,IR)指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时,先把它从内存取到数据寄存器(令时,先把它从内存取到数据寄存器(DR)中,然后再传送)中,然后再传送至至IR。指令划分为操作码和地址码字段。指令划分为操作码和地址码字段。为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行测试,以为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行测试,以便识别所要求的操作。便识别所要求的操作。指令译码器指令译码器就是做这项工作的。就是做这项工作的。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。指令寄存器中操作码字段的输出就
6、是指令译码器的输入。操作码一经译码后,即可向操作控制器发出具体操作的操作码一经译码后,即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。特定信号。2023/2/2711现在学习的是第11页,共116页控制器控制器程序计数器(程序计数器(ProgramCounter,PC)为了保证程序为了保证程序(在操作系统中理解为进程在操作系统中理解为进程)能能够连续地执行下去,够连续地执行下去,CPU必须具有某些手必须具有某些手段来段来确定下一条指令的地址确定下一条指令的地址。而程序计数器。而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为指令计正是起到这种作用,所以通常又称为指令计数器。数器。返回返回2023/2/271
7、2现在学习的是第12页,共116页指令系统指令系统指令的分类:指令的分类:数据传送类指令数据传送类指令datatransfer算术运算类指令算术运算类指令arithmetic逻辑类指令逻辑类指令logical数据变换类指令数据变换类指令conversion控制权转移类指令控制权转移类指令transferofcontrol系统控制类指令系统控制类指令systemcontrol输入输出类指令输入输出类指令I/O2023/2/2713现在学习的是第13页,共116页指令系统指令系统指令的格式指令的格式:操作码操作码/一个包含一个包含N位的操作码最多能表示位的操作码最多能表示2的的N次方条指令次方条指
8、令地址码地址码零地址指令的指令字中只有操作码零地址指令的指令字中只有操作码一地址指令常驻机构称为单操作指令一地址指令常驻机构称为单操作指令二地址指令常和为双操作指令二地址指令常和为双操作指令三地址指令字中有三个操作字地址三地址指令字中有三个操作字地址A1,A3,A3(A1)op(A2)-A32023/2/2714现在学习的是第14页,共116页指令系统指令系统指令的寻址方式指令的寻址方式:顺序寻址顺序寻址,programcount跳跃寻址跳跃寻址,由本指令给出下一条指令地址,指,由本指令给出下一条指令地址,指令系统中的各种条件指令和无条件转移指令是令系统中的各种条件指令和无条件转移指令是为了实
9、现指令的跳跃寻址而设置为了实现指令的跳跃寻址而设置2023/2/2715现在学习的是第15页,共116页指令系统指令系统操作数寻址方式操作数寻址方式:隐含寻址隐含寻址立即寻址立即寻址直接寻址直接寻址间接寻址间接寻址寄存器寻址寄存器寻址寄存器间接寻址寄存器间接寻址相对寻址相对寻址基址寻址基址寻址变址寻址变址寻址堆栈寻址堆栈寻址2023/2/2716现在学习的是第16页,共116页指令系统指令系统复杂指令集计算机(复杂指令集计算机(CISC)系统在系统在80%的时间里执行的是的时间里执行的是20%的指令的指令精简指令系统计算机(精简指令系统计算机(RISC)采用硬件布线逻辑控制采用硬件布线逻辑控制
10、大量的通用寄存器大量的通用寄存器普遍采用流水线技术普遍采用流水线技术大多采用缓存技术大多采用缓存技术对编译器要求较高对编译器要求较高2023/2/2717现在学习的是第17页,共116页指令系统指令系统从软件角度来看,从软件角度来看,CISC运行的则是我们所熟识的运行的则是我们所熟识的DOS、Windows操作系统。而且它拥有大量的应用操作系统。而且它拥有大量的应用程序。因为全世界有程序。因为全世界有65%以上的软件厂商都理为基以上的软件厂商都理为基于于CISC体系结构的体系结构的PC及其兼容机服务的,象赫赫及其兼容机服务的,象赫赫有名的有名的Microsoft就是其中的一家。而就是其中的一家
11、。而RISC在此方在此方面却显得有些势单力薄。虽然在面却显得有些势单力薄。虽然在RISC上也可运行上也可运行DOS、Windows,但是需要一个翻译过程,所以运,但是需要一个翻译过程,所以运行速度要慢许多。行速度要慢许多。2023/2/2718现在学习的是第18页,共116页指令系统指令系统从硬件角度来看从硬件角度来看CISC处理的是不等长指令集,它必须对处理的是不等长指令集,它必须对不等长指令进行分割,因此在执行单一指令的时候需要进不等长指令进行分割,因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作。而行较多的处理工作。而RISC执行的是等长精简指令集,执行的是等长精简指令集,CPU在执行指令
12、的时候速度较快且性能稳定。因此在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并在并行处理方面行处理方面RISC明显优于明显优于CISC,RISC可同时执行多条可同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行。由于多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集,执行的是精简指令集,所以它的制造工艺简单且成本低廉。所以它的制造工艺简单且成本低廉。返回返回2023/2/2719现在学习的是第19页,共116页处理器的性能处理器的性能影响处理器性能的因素影响处理器性能的因素基本字长基本字长数据通路宽度数据通路宽度指令系统指
13、令系统时钟频率时钟频率流水线技术流水线技术内部数据内部数据/指令缓存指令缓存2023/2/2720现在学习的是第20页,共116页处理器的性能处理器的性能对处理器性能的评价对处理器性能的评价直接给出处理器每条指令的执行时间,或者是直接给出处理器每条指令的执行时间,或者是指令系统中的指令执行时间的某种加权评价,指令系统中的指令执行时间的某种加权评价,也可以计算处理器每秒能执行多少个加法指令。也可以计算处理器每秒能执行多少个加法指令。1MIPS指的是处理器每秒能完成指的是处理器每秒能完成1106条指令条指令改进的方法:改进的方法:1,等效指令速度法;,等效指令速度法;2,数据处理速度法;,数据处理
14、速度法;3,核心程序法。,核心程序法。返回返回2023/2/2721现在学习的是第21页,共116页1.1.2存储器存储器存储介质(半导体存储器、磁存储器、光存储介质(半导体存储器、磁存储器、光存储器)存储器)(I)主存(类型、容量和性能)主存(类型、容量和性能)(I)主存配置(交叉存取、多级主存)主存配置(交叉存取、多级主存)(I)辅存(容量、性能)辅存(容量、性能)(I)存储系统(虚拟存储器、高速缓存)存储系统(虚拟存储器、高速缓存)(I)返回返回2023/2/2722现在学习的是第22页,共116页存储介质存储介质按存储介质的材料分类有半导体存储器、磁按存储介质的材料分类有半导体存储器、
15、磁表面存储器和光存储器。表面存储器和光存储器。半导体存储器采用半导体器件制成,主存储半导体存储器采用半导体器件制成,主存储器属于半导体存储器;软盘存储器、硬盘存器属于半导体存储器;软盘存储器、硬盘存储器和磁带存储器等属于磁表面存储器;储器和磁带存储器等属于磁表面存储器;CD-ROM属于光存储器。属于光存储器。2023/2/2723现在学习的是第23页,共116页存储介质存储介质按存储器的工作方式分类有随机读写存储器按存储器的工作方式分类有随机读写存储器、顺序读写存储器和只读存储器等。、顺序读写存储器和只读存储器等。随机读写存储器可以按照要求对存储器中的随机读写存储器可以按照要求对存储器中的指定
16、单元或指定区域进行读写;顺序读写存指定单元或指定区域进行读写;顺序读写存储器只能按某一运动方向查找信息,然后再储器只能按某一运动方向查找信息,然后再读定信息;只读存储器的特点是只能读出不读定信息;只读存储器的特点是只能读出不能写入。能写入。2023/2/2724现在学习的是第24页,共116页存储介质存储介质按照多层次存储系统的概念,计算机的存储按照多层次存储系统的概念,计算机的存储系统由高速缓冲存储器(系统由高速缓冲存储器(Cache)、随机存)、随机存储器(储器(RAM)、只读存储器()、只读存储器(ROM)、软盘)、软盘存储器、光盘存储器和磁带存储器等组成。存储器、光盘存储器和磁带存储器
17、等组成。Cache、RAM和和ROM组成主存储器,其余组成主存储器,其余的存储器组成辅助存储器。的存储器组成辅助存储器。返回返回2023/2/2725现在学习的是第25页,共116页主存主存主存储器一般采用半导体存储器,与辅助存储器相比有容量小、主存储器一般采用半导体存储器,与辅助存储器相比有容量小、读写速度快、价格高等特点。可分为:读写速度快、价格高等特点。可分为:1、RAM:可随机读写,断电后数据不能保存,可分为:可随机读写,断电后数据不能保存,可分为DRAM和和SRAM两种。两种。DRAM:数据会随时间逐渐丢失,需要定时对其进行刷新,:数据会随时间逐渐丢失,需要定时对其进行刷新,维持数据
18、不丢失。维持数据不丢失。SRAM:在不断电的情况下数据能够一直保持而不会丢失。:在不断电的情况下数据能够一直保持而不会丢失。DRAM密度较大,相对便宜;密度较大,相对便宜;SRAM速度快,电路简单,但容速度快,电路简单,但容量小,价格高。量小,价格高。2023/2/2726现在学习的是第26页,共116页主存主存2、ROM:只读存储器,出厂时厂家用掩膜技术将数据:只读存储器,出厂时厂家用掩膜技术将数据固化在存储器中,只能读出,不能改写,一般用于存放固化在存储器中,只能读出,不能改写,一般用于存放系统程序系统程序BIOS和用于微程序控制。和用于微程序控制。3、PROM:可编程:可编程ROM,出厂
19、后用户可利用特殊电子,出厂后用户可利用特殊电子设备进行一次写入操作。设备进行一次写入操作。4、EPROM:可擦除的:可擦除的ROM,内容既可以读,也,内容既可以读,也可以改写,但是在一次改写操作前需用紫外线照射可以改写,但是在一次改写操作前需用紫外线照射1520分钟以擦去所有信息,然后再写入。分钟以擦去所有信息,然后再写入。2023/2/2727现在学习的是第27页,共116页主存主存5、E2PROM:电可擦除:电可擦除EPROM,在写操,在写操作前无需擦除旧内容,能够直接对指定的字作前无需擦除旧内容,能够直接对指定的字节或块进行改写,只是所需的时间远远大于节或块进行改写,只是所需的时间远远大
20、于读操作所需时间,集成度也较低。读操作所需时间,集成度也较低。6、闪存(、闪存(FlashMemory):其性能介于):其性能介于EPROM和和E2PROM之间,可使用电信号进之间,可使用电信号进行擦除,速度快于行擦除,速度快于EPROM,但还不能进行,但还不能进行字节级别的删除操作。字节级别的删除操作。2023/2/2728现在学习的是第28页,共116页主存主存7、相联存储器(、相联存储器(CAM):基于数据内容进行访问的):基于数据内容进行访问的存储设备。存储设备。写入数据时,写入数据时,CAM能够自动选择一个未用的空单元进行存储;能够自动选择一个未用的空单元进行存储;当要读出数据时,不
21、用给出存储单元的地址,而是直接给出该当要读出数据时,不用给出存储单元的地址,而是直接给出该数据或该数据的一部分内容。数据或该数据的一部分内容。CAM对所有的存储单元中的数据同时进行比较并标记出对所有的存储单元中的数据同时进行比较并标记出符合条件的所有数据以供读取,由于比较是同时、并行的,符合条件的所有数据以供读取,由于比较是同时、并行的,所以这种基于数据内容进行读写的机制,其速度比基于地所以这种基于数据内容进行读写的机制,其速度比基于地址进行读写的方式快许多。址进行读写的方式快许多。2023/2/2729现在学习的是第29页,共116页主存性能主存性能主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间
22、、存储周期和主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。存储器带宽。存放一个机器字的存储单元,通常称为存放一个机器字的存储单元,通常称为字存储单元字存储单元,相应的单,相应的单元地址叫元地址叫字地址字地址。而存放一个字节的单元,称为。而存放一个字节的单元,称为字节存储单元字节存储单元,相应的地址称为相应的地址称为字节地址字节地址。如果计算机中可编址的最小单位是。如果计算机中可编址的最小单位是字存储单元,则该计算机称为字存储单元,则该计算机称为按字寻址按字寻址的计算机。如果计算机中的计算机。如果计算机中可编址的最小单位是字节,则该计算机称为可编址的最小单位是字节,则该计算机
23、称为按字节寻址按字节寻址的计算机。的计算机。一个机器字可以包含数个字节一个机器字可以包含数个字节,至今一个存储单元也可包含数个,至今一个存储单元也可包含数个能够单独编址的字节地址。例如,一个能够单独编址的字节地址。例如,一个16位二进制的字存储单元可存位二进制的字存储单元可存放两个字节,可以按字地址寻址,也可以按字节地址寻址。当用字节放两个字节,可以按字地址寻址,也可以按字节地址寻址。当用字节地址寻址时,地址寻址时,16位的存储单元占两个字节地址。位的存储单元占两个字节地址。2023/2/2730现在学习的是第30页,共116页主存性能主存性能在一个存储器中可以容纳的在一个存储器中可以容纳的存
24、储单元总数存储单元总数通常称为该存储器的存通常称为该存储器的存储容量。储容量。存储容量越大,能存储的信息就越多。存储容量常用字数或字节数存储容量越大,能存储的信息就越多。存储容量常用字数或字节数(B)来表示,如)来表示,如64K字、字、512KB、64MB。外存中为了表示更大。外存中为了表示更大的存储容量,采用的存储容量,采用GB、TB等单位。其中,等单位。其中,1KB=210B、1MB=220B、1GB=230B、1TB=240B。B表示字节,一个字节表示字节,一个字节定义为定义为8个二进制位,所以计算机中一个字的字长通常是个二进制位,所以计算机中一个字的字长通常是8的倍数。的倍数。存储容量
25、这一概念反映了存储空间的大小。存储容量这一概念反映了存储空间的大小。2023/2/2731现在学习的是第31页,共116页主存性能主存性能存取时间存取时间又称存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到又称存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。具体讲,从一次读操作命令发出到完成该操作所经历的时间。具体讲,从一次读操作命令发出到该操作完成,将数据读入数据缓冲寄存器为止所经历的时间,该操作完成,将数据读入数据缓冲寄存器为止所经历的时间,即为存储器存取时间。即为存储器存取时间。存储周期存储周期是指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。是指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间
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