计算机原理及系统结构课件

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计算机组成原理第1章PPT课件

3.数据传输率与数据通路宽度（1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行传输的数据位数。（2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂存读/写数据。控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3）输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构（1）以总线为基础的系统结构特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件部件部件
单总线结构系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长指操作数的基本位数。和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度（1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS）（3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间（5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序

计算机组成原理(本全)课件

计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的内存单元数量就越多。

《计算机组成原理》ppt课件

输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机可识别的二进制代码，如键盘、鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人类可读的形式，如显示器、打印机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现数据缓冲、电平转换和信号匹配等功能。
括通用寄存器、专用寄存器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算，处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址，提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋势，通过云计算平台提供的大数据服务，可以实现海量数据的存储、处理和分析。计算机组成原理在云计算和大数据融合中发挥着重要作用，为构建高效、稳定的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势

计算机系统的组成及工作原理课件

控制器：
控制器是统一指挥和控制计算机各个部分协调操作的中心部件。
第6页，共21页。
中央处理器：运算器+控制器=中央处理器
第7页，共21页。
第8页，共21页。
中央处理器的功能：
（1）实现数据的算术运算和逻辑运算；（2）实现取指令、分析指令和执行指令操作的控制；（3）实现异常处理及中断处理等。
第11页，共21页。
内存储器：简称内存，主要用于存储计算机当前工
作中正在运行的程序、数据等，相当于计算机内部的存储中心。
随机存储器（RAM）分类
只读存储器（ROM）。
第12页，共21页。
随机存储器（RAM）：
主要用来随时存储计算机中正在进行处理的数据，这些数据不仅允许被读取，还允许被修改。重新启动计算机后，RAM 中的信息将全部丢失。我们平常所说的内存容量，指的就是 RAM的容量。
第13页，共21页。
只读存储器（ROM）：
它存储的信息一般由计算机厂家确定，通常是计算机启动时的引导程序、系统的基本输入输出系统等重要信息，这些信息只能读取，不能修改。重新启动计算机后，ROM中的信息不会丢失。
第14页，共21页。
存储器存储容量的基本单位：
字节（Byte,简称B）
常用的单位：千字节（KB）、兆字节（MB）、千
兆字节（GB）。
换算关系：
1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB
第15页，共21页。
输入
输入设备：将各种信息（如文字、数字、声音、图
象等）传送到计算机中。
常用的输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、语音输
入设备。
第16页，共21页。
输出

计算机系统组成课件

a 成字字根:五笔键上可以独立成为单字的字根成字字根: 输入方法是：输入字根所在键一次，然后依输入方法是：输入字根所在键一次，次输入该字字根的第一，第二及最末单笔按次输入该字字根的第一，键即：字根所在键+首笔笔画代码+次笔笔画代码+末笔笔画代码字根所在键+首笔笔画代码+次笔笔画代码+
@ 总结与思考 @
1.计算机系统由哪些部分组成？ 1.计算机系统由哪些部分组成？计算机系统由哪些部分组成 2.硬件系统主要由那几个主要部件构成？硬件系统主要由那几个主要部件构成？硬件系统主要由那几个主要部件构成 3.内存与外存的区别？内存与外存的区别？内存与外存的区别 4.RAM和ROM有什么区别？和有什么区别？有什么区别
内存按读写特性分：RAM（随机存储器）内存按读写特性分：RAM（随机存储器） ROM（只读存储器） ROM（只读存储器）外存：外围设备（容量大，价格低，不受断电影响，常用于长外存：外围设备（容量大，价格低，不受断电影响，程序）光盘等。期保存大量的数据和程序）如~ 软盘优盘光盘等。 4.输入设备：外界向计算机输入数据的装置（键盘，鼠标， 4.输入设备：外界向计算机输入数据的装置（键盘，鼠标，扫输入设备描仪，光笔，数码相机）描仪，光笔，数码相机） 5.输出设备显示器，打印机，音箱等） 5.输出设备（显示器，打印机，音箱等）输出设备（
运算器+控制器=中央处理器CPU 运算器+控制器=中央处理器CPU
其品质高低决定计算机的档次。其品质高低决定计算机的档次。
3.存储器：记忆部件用于存放程序和数据（分内存和外存） 3.存储器：记忆部件用于存放程序和数据（分内存和外存）存储器

计算机系统的组成与工作原理ppt课件

工作原理
参照人类大脑的工作方式，首先我们通过眼睛、耳朵等感觉器官，将捕捉到的信息输送到大脑并存储起来。然后经过思考，结合已掌握的知识，按照一定的方法和步骤，对信息进行加工处理，产生处理结果。然后在经过大脑的控制，利用口、手等器官，把结果表达出来。计算机的工作方式也是类似的：
计算机工作原理
它是计算机的核心部件，负责解释执行计算机的基本指令，完成计算机对各种信息的加工处理工作。它主要由运算器和控制器组成。
信息处理的核心
信息处理的指挥中心
现在市场上常用的是AMD处理器、英特尔处理器等。
AMD处理器
Intel处理器
主机板
二、存储器
（1）内存储器，简称内存，也叫主存储器。用于存储计算机当前工作中正在运行的程序、数据等，相当于计算机内部的存储中心。
操作系统有DOS、windows等，我们常用的 WINDOWS 是一个多任务、多窗口的操作系统。
应用软件是为了解决一些实际问题的计算机程序。我们在计算机上作画，需要作图软件如photoshop, 作动画需要动画软件flash，我们写文章要用文字编辑软件，如microsoft word，老师做课件用ppt 等。
注意：在我们使用完USB移动存储器时，一定要在计算机上进行“安全删除硬件”的操作。等WINDOWS通知可以移除设备时，才可以从USB接口中拔出设备
内存条
U 盘
光驱
三、输入设备：用于计算机从外界获取信息
键
鼠
盘
标
摄像头扫描仪
数码相机
四、输出设备：用于将信息传递给外界打印机
显示器
数据输入输入设备
运算器存储器
输出设备输出结果

《计算机体系结构》课件

ABCD
理解指令集体系结构、处理器设计、存储系统、输入输出系统的基本原理和设计方法。
培养学生对计算机体系结构领域的兴趣和热情，为未来的学习和工作打下坚实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整体设计和组织结构，包括其硬件和软件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分，负责存储和检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存储器组成，包括主存储器、外存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原理及其设计方法。

《计算机组成原理》课件

指令结束
将结果存回内存或寄存器。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
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年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理

计算机组成与基本工作原理PPT课件

1、主机
主机是计算机系统的核心，主要由中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备接口（I/O接口）、总线和扩展槽等构成，通常被封装在主机箱内。
主机机箱外观图
（1）主板
主板(Mother Board, main Board, System Board) 是微型计算机中最大的一块集成电路板，是其它部件和外部设备的连接载体。
中央处理器CPU
寄存器组
R1 R2 R3 R4
PC 指令指针寄存器
地址寄存器地址总线
运
算 ALU
器
数据暂存器指令寄存器
数据总线
标志寄存器
指令译码器控制电路
CPU结构示意图
控制总线
CPU是计算机的心脏，用来实现程序控制功能（自动从内存中读入指令和自动执行指令）。
（3）存储器与存储系统
DRAM
高速度大容量
矛盾
外存外存
外存
1 2 ... n
低成本外存硬盘、光）：度量数据的最小单位字节（Byte）：最常用的基本单位
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 0 0 1 0 1 0 1 =27+ 24+ 22+ 20 =149
K 字节
（2）中央处理器
中央处理器CPU（Central Processing Unit）又称中央处理单元。
CPU由控制器和运算器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。
计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。
中央处理器组成之
只读存储器ROM
存放系统初始化程序、操作系统引入程序、多种硬件驱动程序等。特点：只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是由厂家一次性写入的，并永久保存下来。

计算机组成原理(本全)ppt课件

定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则

计算机的工作原理精品PPT课件

一、信息在计算机中的表示
3
数制的转换
即是逢二进一，二进制广泛用于最基础的运算方式，计算机的运行计算基础就是基于二进制来运行。只是用二进制执行运算，用其他进制表现出来。
把二进制三位一组分开就是八进制, 四位一组就是十六进制。
二、冯·诺依曼结构及工作原理
计算机系统
硬件系统
软件系统
二、冯·诺依曼结构及工作原理
一、信息在计算机中的表示
2
存储容量的单位
1GB
1MB
1KB
1024
1024
1024
一首歌一般不超过5M 一部电影一般不超过500M
20万首歌！ 200部电影！
一、信息在计算机中的表示
3
数制的转换
所谓二进制，也就是计算机运算时用的一种算法。二进制只由一和零组成。
比方说，你上一年级时应该听说过“进位筒”（“数位筒”）吧！十进制是个位上满十根小棒就捆成一捆，放进十位筒，十位筒满十捆就捆成一大捆，放进百位筒……
计算机的系统组成
第一节计算机的工作原理
一、信息在计算机中的表示
1
数制的概念
你所了解的数制六进制、七进制、八进制、九进制、十进制、十一进制、十二进制、十三进制、十四进制、十五进制、十六进制、十八进制、二十进制、二十四进制、二十六进制、二十七进制、三十进制、三十二进制、三十六进制、六十进制、六十四进制。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be

计算机基础ppt课件完整版

基于计算机网络的，在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。
通过网络将物理上分散的多个计算机系统互连起来，实现信息交换、资源共享、可互相协作共同完成任务的操作系统。
文件管理和设备管理功能
文件管理功能文件的创建、打开、读写、关闭等操作；
图表制作与编辑
数据管理与分析
掌握Excel中图表的创建、编辑与格式化技巧，将数据以直观的图表形式展现出来。
了解并学习使用Excel中的数据排序、筛选、分类汇总等功能，实现数据的高效管理。
PowerPoint演示文稿制作实例演示
幻灯片创建与编辑
学习在PowerPoint中创建新的幻灯片，掌握文本的输入、编辑
计算机基础ppt课件完整版
contents
目录
• 计算机概述与发展历程 • 计算机系统组成与工作原理 • 操作系统基本概念与功能 • 办公软件应用技巧与实例演示 • 计算机网络基础知识及互联网应用 • 信息安全与防范策略探讨
01
计算机概述与发展历程
计算机的定义与分类
计算机的定义
计算机是一种基于微处理器的智能电子计算机器，能够按照人们事先编好的程序，自动、高速地进行数值计算、信息处理、数据存储和传输等一系列操作。
文件的组织和存储方式，如顺序文件、索引文件等；
文件管理和设备管理功能
• 文件的共享和保护机制，确保文件的安全性和完整性。
文件管理和设备管理功能
01
设备管理功能
02
03
04
设备的分配和回收，根据用户需求合理分配设备资源；
设备的驱动和控制，实现设备的正常工作和状态监测；

计算机的组成课件_图文

固态硬盘和传统硬盘的区别
电源
计算机属于弱电产品，也就是说部件的工作电压比较低，一般在正负12伏以内，并且是直流电。而普通的市电为220伏（有些国家为110伏）交流电，不能直接在计算机部件上使用。因此计算机和很多家电一样需要一个电源部分，负责将普通市电转换为计算机可以使用的电压，一般安装在计算机内部。计算机的核心部件工作电压非常低，并且由于计算机工作频率非常高，因此对电源的要求比较高。目前计算机的电源为开关电路，将普通交流电转为直流电，再通过斩波控制电压，将不同的电压分别输出给主板、硬盘、光驱等计算机部件。
内存
内存指的是内存储器，其主要是用来临时存贮数据，比如电脑中调用的数据,就需要从硬盘读出,发给内存,然后内存再发给CPU 也可以理解成是内存和CPU之间的缓存, 因为CPU中的ALU(虚拟寄存器)速度要比硬盘速度快的多. 所以需要内存用来给CPU和硬盘之间进行沟通，当然光盘/软盘等所有外存贮器都是用内存来作桥梁的。
只读存储器：他是死的,删不掉,也无法覆盖其他数据，主要用来存储内存厂商/型号等。
硬盘
硬盘是一种主要的电脑存储媒介。固态硬盘：固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。其芯片的工作温度范围很宽（40~85℃）。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。虽然目前成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。
内存有两个部分：随机存储器(RAM)
只读存储器(ROM)
随机存储器：也就是临时存放数据用的, 断电后数据丢失，所以你复制了东西,没有粘贴时,从新启动计算机后就无法粘贴刚才复制的数据了。比如你玩游戏时,刚玩完游戏感觉计算机速度下降了,这就是内存被游戏数据占用了，从新启动计算机后速度恢复正常,也就是内存中的RAM释放了数据。

《计算机原理》课件

03
计算机软件系统
系统软件
系统软件是计算机的基本软件，负责管理计算机的硬件资源，包括操作系统、设备驱动程序、系统工具等。
操作系统是系统软件的核心，负责管理计算机的硬件和软件资源，提供用户界面和应用程序接口，协调应用程
序的运行。
设备驱动程序是操作系统的一部分，负责与计算机硬件设备交互，实现硬件设备的
巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。
03
按用途
通用计算机和专用计算机。
计算机的应用领域
科学计算
数学、物理、工程等领域中的数值计算。
自动控制
工业生产、交通管理、家用电器等领域。
人工智能
机器学习、自然语言处理、专家系统等。
数据处理
数据库、数据挖掘、办公自动化等。
辅助设计
CAD、CAE、CAM等技术广泛应用于机械、电子、建筑等领域。
机器学习原理
机器学习的定义
机器学习是人工智能的一个子领域，它利用算法使计算机系统能够从数据中学习并做出准确的预测或决策，而无需进行明确的编程。
机器学习的主要方法
监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习是机器学习的四大主要方法。
机器学习的应用场景
机器学习在各个领域都有广泛的应用，如自然语言处理、图像识别、语音识别、推荐系统和自动驾驶等。
软件开发与维护
软件开发是指根据用户需求和设计要求，编写计算机程序的过程
。
软件开发需要遵循一定的规范和标准，以确保软件的质量和可维
护性。
软件维护是指对已经完成的软件进行修改和完善的过程，以满足用户新的需求或修复软件的错误
和漏洞。
04
计算机操作系统
操作系统的定义与功能

计算机组成原理ppt课件

常见输入输出接口类型和特点比较
要点一
常见输入输出接口类型
要点二
特点比较
常见的输入输出接口类型包括PS/2接口、USB接口、HDMI 接口、DisplayPort接口、SATA接口等。
不同的输入输出接口类型具有不同的特点，如传输速度、支持热插拔、连接方式等。例如，USB接口支持热插拔和即插即用，而SATA接口则主要用于连接硬盘和光驱等存储设备。
定点数表示与运算方法
定点数表示方法
阐述定点数的表示方法，包括符号位、数值位等，并介绍定点数的范围及精度。
定点数加减运算
详细讲解定点数的加减运算方法，包括补码加减运算等。
定点数乘除运算
介绍定点数的乘除运算方法，包括原码乘除、补码乘除等算法。
定点数运算器的设计
阐述定点数运算器的设计原理和实现方法，包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
当中断发生时，计算机首先保存当前程序的执行状态，然后转去执行中断处理程序。中断处理程序执行完毕后，计算机再返回原程序继续执行。这个过程需要由计算机的操作系统来管理和控制。
THANK YOU
指令系统设计原则和优化策略
有效性原则
指令系统应能有效地支持高级语言的实现，提高程序执行效率。
兼容性原则
新设计的指令系统应尽可能与已有的指令系统保持兼容。
完备性原则
指令系统应满足程序设计的各种需求，具备完备性。
规整性原则
指令系统应尽可能规整，简化硬件实现和软件编程。
优化策略
采用流水线技术、超标量技术、乱序执行技术等优化策略，提高指令执行速度和效率。
高速缓冲存储器（Cache）原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。

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偶校验
奇校验
0001 10001 00001
校验位
0101 00101 10101
原有数字位
两个新的码字
P71
奇偶校验码的实现电路
奇较验偶校验
p 编码电路
出错指示
译码电路 +
+
同
八
+
位
数
据 ++
位
+ ++
左侧电路
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
P (校验位)
海明校验码
用于多位并行数据检错纠错处理
(2) 从一个合法码变成另一个合法码，只少要改变几位码的值，称为最小码距(码距)。
(3) K+1 位码，只用其 2K 个状态，可使码距为 2 , 如果一个合法码中的一位错了，就成为非法码，通过检查码字的合法性，就得到检错能力，这就是奇偶校验码。
有时两位错与某种情况的一位错对校验位组合的影响相同，必须加以区分与解决。
海明码的实现方案例如： k =3, r =4
D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1
11 1 11 11 11 0 01 00 10 1 00 10 01 1 00 01
+ ：异或
P1 =
D2 + D1
P2 = D3 + D1
1101 0000 1101 1000001
例如： 1110101/1001
二进制数据逻辑运算规则
（5）逻辑或运算规则
0∨0=0 0∨1=1
1∨0=1 1∨1=1
（6）逻辑与运算规则
0∧0=0 0∧1=0
1∧0=0 1∧1=1
（7）逻辑非运算规则
/0=1 /1=0
0000
（8）逻辑异或运算规则
0 ⊕0=0 0 ⊕1=1 1 ⊕0=1 1 ⊕1=0
说明：整数部分不足位数对转换无影响，小数部分不足位数要补零凑足,否则出错。
P67
计算机原理及系统结构
第七讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
二进制数据算术运算规则
(1) 加法运算规则
0+0=0
例如： 0101
0+1=1
+) 0001
1+0=1
0110
1+1=0 并产生进位
(2) 减法运算规则
0-0=0
i=m-1
r 是这个数制的基(Radix)
i表示这些符号排列的位号
D 是位号为i的位上的一个符号
i
r i 是位号为i的位上的一个 1 代表的值
Di * r i 是第i位的所代表的实际值表示m+k位的值求累加和
P64
十进制转二进制
整数部分除2取余小数部分乘2取整
2 11
1低
25
1
22
0
21
1高
0
(4)
计算机原理及系统结构
第八讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
检错纠错码
为了提高计算机的可靠性，除了采取选用更高可靠性的器件，更好的生产工艺等措施之外，还可以从数据编码上想一些办法，即采用一点冗余的线路，在原有数据位之外再增加一到几位校验位，使新得到的码字带上某种特性，之后则通过检查该码字是否仍保持有这一特性，来发现是否出现了错误，甚至于定位错误后，自动改正这一错误，这就是我们这里说的检错纠错编码技术。
实现：为 k 个数据位设立 r 个校验位，使 k+r 位的码字同时具有这样两个特性：
① 能发现并改正 k+r 位中任何一位出错， ② 能发现 k+r 位中任何二位同时出错，但已
无法改正。
海明码的编码方法
合理地用 k 位数据位形成 r 个校验位的值，即保证用 k 个数据位中不同的数据位组合来形成每个校验位的值，使任何一个数据位出错时，将影响 r 个校验位中不同的校验位组合起变化。换言之，通过检查是哪种校验位组合起了变化，就能确定是哪个数据位错，对该位求反则实现纠错。
① 少量简单的基本符号 ② 一定的组合规则
用以表示大量复杂多样的信息
P62
基二码（二进制码）
只使用两个基本点符号：１０
符号个数最少，物理上容易实现与二值逻辑的真假两个值对应简单用二进制码表示数值数据运算规则简单
P63
进位记数法与进制转换
进位记数法
N -k
=
Di * ri
N 代表一个数值
除尽为止
高1 0
低1
0.625 * 2 0.25 * 2 0.5 * 2 0.0
求得位数满足要求为止
从二进制数求其十进制的值，逐位码权累加求和
P65
二到八或十六进制转换
二到八从小数点向左右三位一分组（10 011 100 . 01)2 = ( 234 . 2 )8 010
二到十六从小数点向左右四位一分组（1001 1100 . 01)2 = ( 9C . 4 )16 0100
P70
纠错码
纠错码分类
非线性码
线性码
校验位与信息位的形成关系
卷积码
分组码
信息位与校验位的约束条件
非循环码
随机错误
P70
突发错误
循环码Байду номын сангаас
码字本身的结构特点
信息位与校验位排列位置关系
非系统码系统码
几种常用的检错纠错码
我们只介绍三种常用的检错纠错码：
奇偶检错码，
用于并行数据传送中
海明检错与纠错码，用于并行数据传送中
计算机原理及系统结构
第六讲
主讲教师：赵宏伟
学时：64
第3章
数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现
本章主要内容
信息编码、码制转换与检错纠错码数据表示 ——常用的信息编码二进制数值数据的编码与运算算法
数字化编码二要素
数值文字符号语音图形图像等统称数据，在计算机内部，都必须用数字化编码的形式被存储加工和传送数字化编码二要素:
例如： 1011
0-1=1 并产生借位
-) 0101
1-0=1
0110
1-1=0
二进制数据算术运算规则
(3) 乘法运算规则
0X0=0 0X1=0
例如：
1X0=0
1X1=1
(4) 除法运算规则
(5)
1101
1001 1110101
1001
1011
1001
01001
1001
0
P68
1101 X) 0101
P3 = D3 + D2
编码方案
P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1
译码方案
P72
S1 =
P1 +
D2 + D1
S2 =
P2 + D3 + D1
S3 =
P3 + D3 + D2
S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1
检错纠错码小结
(1) K位码有2K 个编码状态，全用于表示合法码，则任何一位出错, 均会变成另一个合法码，不具有检错能力。
循环冗余码，
用于串行数据传送中
原始数据编码过程
形成校验位的值，加进特征
码字传送
结果数据译码过程
检查接送的码字，发现 / 改正错误
奇偶校验码
用于并行码检错
原理：在 k 位数据码之外增加 1 位校验位，
使 K+1 位码字中取值为 1 的位数总保持
为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。
例如：