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哈工大英才学院计算机组成原理 第2章PPT教学课件

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大学信息技术PPT第2章 计算机组成原理

大学信息技术PPT第2章 计算机组成原理
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CPU的性能指标
• CPU总线速度
– CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU 与内存之间传输数据的速度快慢，总线速度快， CPU访问内存的 时间也可相应加快
• 高速缓存（cache）的容量与结构
– 它是介于高速CPU和相对低速的主存之间的存 储器。
– 程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问 内存的次数。Cache容量越大、级数越多，命中 率就越高，CPU运行速度就越快。
• 存取速度快、容量相对小，价格相对高 • 直接与CPU相连接（CPU可直接访问） • 易失性，用于存放已经启动运行的程序和需要立即处
理的数据以及产生的结果。 • 存储介质：半导体芯片
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内存储器和外存储器
–外存储器(简称外存或辅存)
• 存取速度慢、容量相对大，价格相对低 • 不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其
– 软件一般固化在芯片上，功能和用途一般就不能轻易改变了。 – 大多满足实时信息处理、最小化存储容量、最小化功耗、适应恶劣工
作环境等要求。
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2.2 CPU的结构与原理
主要内容： CPU的内部结构 指令和指令系统的基本概念 指令执行过程 CPU的性能
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CPU与内存的关系
控制信号
指令
控制器
中
内
控制信号
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CPU的性能指标
• 指令系统
– 指令的类型和数目、指令的功能等都会影响程 序的执行速度
操作数地址 表示该指令所操作（处理）的数据（直接数）或
数据所在存储单元的地址
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指令系统兼容
• 由于每种类型的CPU都有自己的指令系统，因此， 某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计 算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性” 问题。

计算机组成原理课件第2章课件

计算机组成原理课件第2章课件

压力测试
通过长时间运行高负载任务来 测试计算机的稳定性和可靠性 。
温度和散热测试
测试计算机在高温环境下的稳 定性和散热性能。
计算机性能优化
01
02
03
04
硬件优化
通过升级硬件配置，如 更快的处理器、更大的 内存和存储空间等，提 高计算机性能。
软件优化
通过优化软件算法、操 作系统和应用程序等， 提高计算机性能。
计算机安全重要性
随着计算机技术的快速发展，计算机安全问题日益突出，保护计算机安全对于保障国家安全、社会稳定和经济发展具 有重要意义。
计算机安全威胁
计算机安全面临的威胁包括病毒、木马、黑客攻击、网络钓鱼、拒绝服务攻击等，这些威胁可能导致数 据泄露、系统瘫痪、经济损失等严重后果。
计算机安全技术
防火墙技术
感谢您的观看
THANKS
Excel
电子表格软件，用于数据处理、图表制作和 数据分析。
应用软件
PowerPoint
演示文稿软件，用于制作幻 灯片、演示文稿和会议报告 等。
图像处理软件
用于处理和编辑图像，如 Photoshop等。
图像裁剪
对图像进行裁剪，保留需要 的部分。
应用软件
色彩调整
调整图像的色彩、亮度和对比度 等参数。
数据库管理系统
用于管理大量数据，提供数据存储、检索、更新和保护功能。
系统软件
数据模型
定义数据的组织方式和数据之间的关系。
数据操作语言
用于执行数据的插入、删除、更新和检索等 操作。
数据控制语言
用于控制对数据的访问权限和数据的安全性。
应用软件
Word
文本编辑软件，用于撰写文档、排版和打印。

最新计算机组成原理课件第二章

最新计算机组成原理课件第二章

1、原码表示法
定点整数x0. x1x2…xn
例：x=+11001110 , y=-11001110 [x]原=011001110 , [y]原=111001110
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
1、原码表示法
原码特点： 表示简单，易于同真值之间进行转换，实现乘除运
算规则简单。 进行加减运算十分麻烦。
52位，指数偏移值是1023。因此规格化的64位浮点 数x的真值为：
x=(-1)S×(1.M)×2E-1023
e=E-1023
一个规格化的32位浮点数x的真值表示为
x=(-1)S×(1.M)×2E-127
e=E-127
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
真值x为零表示：当阶码E为全0且尾数M也为全0时的值，结 合符号位S为0或1，有正零和负零之分。
计算机组成原理课件第二章
第二章 运算方法和运算器
2.1数据与文字的表示方法 2.2定点加法、减法运算 2.3定点乘法运算 2.4定点除法运算 2.5定点运算器的组成 2.6浮点运算方法和浮点运算器
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
4、定点表示法的特点 定点数表示数的范围受字长限制，表示数的范围有
真值x为无穷大表示：当阶码E为全1且尾数M为全0时，结合 符号位S为0或1，也有+∞和-∞之分。
这样在32位浮点数表示中，要除去E用全0和全1（25510）表 示零和无穷大的特殊情况，指数的偏移值不选128 （10000000），而选127（01111111）。对于规格化浮点数， E的范围变为1到254，真正的指数值e则为-126到+127。因此 32位浮点数表示的绝对值的范围是10-38～1038（以10的幂表

计算机组成原理第2章课件

计算机组成原理第2章课件

位权法：把各非十进制数按权展开求和 转换公式：(N)R =an-1×Rn-1 + an-2×Rn-2 + ... +
a1×R1 + a0×R0 + a-1×R-1 + ...
示例：
694＝6×102＋9×101＋4×100
(1011.11) 2 =1×23+0×22+1×21 +1×20 +1×2-1+ 1×2-2
十六进制数转换成二进制数：
只要将每一位十六进制数转换成相应的4位 二进制数，依次连接起来即可。
二进制与十六进制转换举例
例1：把二进制数 11010011111.01111 转换为十六进制数
（0110 1001 1111. 0111 1000）2
（6
9
F.
7
8）16
例2：把十六进制数 C2.A8 转换为二进制数 （ C 2 . A 8 ）16
十进制数
R进制数
整数部分－采用除基取余法，即逐次
除以基数R，直至商为0，得出的余数 倒排，即为R进制各位的数码。
小数部分－采用乘基取整法，即逐次
乘以基数R ，从每次乘积的整数部分 得到R进制数各位的数码。

例：185.8125＝？B
整数、小数部分分别转换
185 余数 2 9 2 ………1 （185）10 = （? ）2 2 4 6 ………0 2 2 3 ………0 2 1 1 ………1 （185）10 =（10111001）2 2 5 ………1 2 2 ………1 2 1 ………0 0 ……… 1
2
185.8125＝？B
0.8125 2 × 1.6250 … 1 0.6250 × 2 1.2500… 1 0. 2500 × 2 0. 5000… 0 0. 5000 × 2 1. 0000… 1 整 数

计算机组成原理第二章计算机的逻辑部件PPT课件

计算机组成原理第二章计算机的逻辑部件PPT课件

YA B
001 010 100 111
表2-7 两输入端同或门的真值表
2009.7.2
计算机组成原理
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符号表示:
A
＝1
Y
B
（a）国外符号
（b）国标符号
图2-7 两输入端同或门逻辑符号
2009.7.2
计算机组成原理
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2.2 常用的组合逻辑电路设计
2.2.1 加法器
在数字系统中，减法、乘法和除法的核心都是 加法，因此加法器是计算机的基本运算单元，在逻 辑电路中经常使用。
2009.7.2
计算机组成原理
31
利用使能端能方便地将两个3线-8线译码器组合 成一个4线-16线译码器，如图2-13所示。
图2-13 用两片74LS138组合成4-16译码器
2009.7.2
计算机组成原理
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2．数码显示译码器
(1)七段发光二极管(LED)数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图214(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不 同出线形式的引出脚功能图。
译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。 前者又分为变量译码器和代码变换译码器。
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计算机组成原理
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1．变量译码器（又称二进制译 码器） 用以表示输入变量的状态，如2线－4线、3线－8线
和4线－16线译码器。若有n个输入变量，则有2n个不 同的组合状态，就有2n个输出端供其使用。而每一个输 出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。
第2章 计算机的逻辑部件
2009.7.2
计算机组成原理
1
计算机的逻辑部件
本章从逻辑代数的基本知识、逻辑门电路的构 成及特性出发，介绍组合逻辑电路分析与设计的一 般方法；介绍了加法器、译码器等常用芯片的逻辑 功能；介绍了加法器、译码器等中规模器件设计组 合逻辑电路、解决实际问题的思路与方法。读者应 深入理解基本逻辑运算、逻辑运算规则、逻辑函数 的标准表达式、代数化简、卡诺图化简等基本理论； 掌握利用逻辑代数知识分析组合逻辑电路的方法； 掌握用小规模器件设计组合电路的一般过程；深入 理解中规模器件在设计组合逻辑电路、解决实际问 题中的应用。

计算机组成原理二PPT课件

计算机组成原理二PPT课件

2.2.2 工业控制和实时控制
通过各种传感器获得的各种物理信号经转 换为可测可控的数字信号后，再经计算机运算， 根据偏差，驱动执行机构来调整，便可达到控 制的目的。
这种应用已被广泛用于冶金、机械、纺织、 化工、电力、造纸等行业中。
2.2.3 网络技术的应用
网络应用的几个方面 1. 电子商务 2. 网络教育 3. 敏捷制造
世界上第一台电子计算机（右图）
2.1.1 计算机的产生和发展
发展阶段 一 二 三 四 五
表 2.1 硬件技术对计算机更新换代的影响
时间 1946 - 1957 1958 - 1964 1965 - 1971 1972 - 1977 1978年到现在
硬件技术 电子管 晶体管
中、小规模集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
2.1.2 微型计 算机的出现
和发展
第1阶段（1971—1973年）是4位和8位低档微处理器 时代，通常称为第1代。
第2阶段（1974—1977年）是8位中高档微处理器时 代，通常称为第2代。
第3阶段（1978——1984年）是16位微处理器时代， 通常称为第3代。
第4阶段（1985—1992年）是32位微处理器时代，又 称为第4代。
CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制 造)指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程 的活动。
CIMS（Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，计算机/现代集成制造系统）指 通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、 信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部 过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流 有机集成并优化运行的复杂的大系统。

[PPT模板]计算机组成原理


移位和加受末两位乘数控制
2.2.2 定点数的运算
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补码两位乘
补码两位乘运算规则是根据补码一位乘的规则，把比较yiyi+1的状 态应执行的操作和比较yi-1yi 的状态应执行的操作合并成一步，便可 得出补码两位乘的运算方法。
判断位yi-1y iyi+1 000 001 010 011 100
101
2.2.2 定点数的运算
16
例：已知 x = 0.111111 y = – 0.111001 求[x·y]原
补 码 右 移
2.2.2 定点数的运算
17
① 乘积的符号位 x0 y0 = 0 1 = 1 ② 数值部分的运算
x*• y* = 0. 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 则 [x • y]原 = 1. 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 特点 绝对值的补码运算
110 111
操作内容
[zi+1]补=2-2[zi]补 [zi+1]补=2-2{[zi]补+[x]补} [zi+1]补=2-2{[zi]补+[x]补} [zi+1]补=2-2{[zi]补+2[x]补} [zi+1]补=2-2{[zi]补+2[-x]补}
2.2.2 定点数的运算
3
7、定点数的乘法运算 分析笔算乘法 A = – 0.1101 B = 0.1011
A×B = – 0.10001111 乘积的符号心算求得
0.1101 ×0 . 1 0 1 1
1101 1101 0000 1101 0.10001111
✓ 符号位单独处理 ✓ 乘数的某一位决定是否加被乘数 ？ 4个位积一起相加 ✓ 乘积的位数扩大一倍
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2020/12/11
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 2 计算机体系结构、 计算机体系结构是指程序员所看到的机器 的属性，即机器的概念性结构和功能表 现。 这里，程序员主要是指汇编程序员。
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由于“计算机体系结构”概念的提出，又派 生出两个新的重要概念
计算机组成和计算机实现
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成
3.硬件
硬件指构成电子计算机的物理实体，如处理
器、存储器（内存）、输入/输出控制器（接口电
路）等芯片及其集成这些芯片的印制线路板——
主板，外设等。其中存储器包括：可以被处理器
直接访问的主存储器（简称主存或内存）和不可
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2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
冯·诺依曼算机模型 的改进：（现代计算机） 以存储器为中心连接在一起
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 1.概述
从组成的角度看，电子计算机由控制单元、 运算单元、存储器、输入单元和输出单元组成。 在具体实现时，通常将控制单元和运算单元集成 在一起，构成处理单元（Processing Unit，PU）。 处理单元也称处理器（Processor）。
2
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
冯·诺依曼计算机模型 的特点
1. 计算机由运算器、存储器、输入/输出设备和 控制器组成，并以运算器为中心连接在一起。
2. 存储器由一组一维排列、线性编址的存储单元 组成，每个存储单元的位数是相等且固定的， 存储单元按地址访问。
3. “程序”是由一条一条的指令有序排列而成， 而指令由操作码和地址码两部分组成。
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功能特性
✓数据表示：硬件能够直接认别和处理的数据类型和格式；
✓寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专 用寄存器的定义、数量和使用规则等；
✓指令系统：机器指令的操作类型、格式，指令间的排序和控 制机制等；
✓中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等；
✓存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大寻址 空间等；
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第5级：应用语言虚拟机
第4级：高级语言虚拟机
第3级：汇编语言虚拟机
问题：分几层为好？
第2级：操作系统虚拟机
第1级：机器语言机器
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 2.处理单元的组成
CU是PU的指挥机构，由程序计数器PC、存 放当前指令的指令寄存器IR、解释指令的指令译 码器ID、发出各种命令信号的控制信号发生器及 相应的控制逻辑组成。CU依据指令译码器产生的 一系列操作命令/信号来指挥、协调PU乃至计算 机系统中各个部件的工作。
按照性质和功能的不同，软件分为系统软件、 应用软件。
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 5.固件（软件硬件化）
对于那些不再需要改动而且经常被调用 的软件，为了使其有更快的执行速度，可以 将其存储在访问速度较快的只读存储器 ROM芯片中,以硬件形式出现的软件称为 “固件”。 ，
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2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
冯·诺依曼计算机模型 的特点（续）
4. 指令和数据均采用二进制数表示，并以二进制 数形式进行运算 。
5. 程序（指令）与数据是同等地不加区分地存储 在同一个存储器中 。
6. 设置“程序计数器PC”来指示下一条将要执行 的指令的地址。每执行完一条指令，程序计数 器就自动加1，指向下一条指令的存储单元。
✓处理机工作状态：状态的定义和切换方式，如管态和目态；
✓输入输出系统：连接方式、数据交换方式、数据交换过程的 控制等；
✓信息保护，包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持等。
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 3 计算机系统的层次结 构为什么要分层？
分工与协作，提高生产率。
第2章 电子计算机的基本结构
2. 1 冯·诺依曼计算机模型 2. 2 电子计算机的组成结构 2. 3 计算机系统的分类 2. 4 电子计算机的性能评价 2. 5 电子计算机的特点与发展趋势
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2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
2. 1 冯·诺依曼计算机模型 （最初的）
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 2.处理单元的组成
从逻辑上看，PU主要由算术逻辑单元ALU、控制单 元CU以及一些暂存单元——寄存器组以及内部总线组成 成。
ALU是计算机的运算装置，它能够完成“加、减、乘、 除”等算术运算和“与、或、非、异或”等逻辑运算。一 个基本的ALU由加法器、移位电路和若干内部寄存器及 相应的控制逻辑和组成。
被处理器直接访问的辅助存储器（简称辅存或外
存） 。
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 4.软件
广义上，软件是“计算机程序、过程、规则 及与这些程序、过程、规则有关的文档，以及从 属于计算机系统运行的数据。” 狭义上，软件指 发挥电子计算机功能的各种程序及相应的数据。
• 计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。 一种计算机体系结构可以有多种不同的计 算机组成。
• 计算机实现是计算机组成的物理实现。一 种计算机组成也可以有多种不同的计算机 实现。
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概念性的结构
主存储器
主存控制器
ＣＰＵ
ＩＯＰ ＩＯＰ
打印机 卡片机 终端
磁盘机
磁带机
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2 . 2 电子计算机的组成结构
寄存器分为数据寄存器、地址寄存器和标志寄存器等。 最常用的数据寄存器是用于存放加法运算结果的累加寄存 器ACC，8086中的累加寄存器命名为AX。 地址寄存器有基址寄存器、变址寄存器等。 标志寄存器FR常见的标志有进位标志CF、溢出标志OF、 辅助进位标志AF、零标志ZF、符号标志SF和奇偶标志PF等， 这些标志分别占据标志寄存器FR中的不同位。