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1、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计算机系统概述01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。计算机的发展历程包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理部件。包括操作系统、应用软件等程序
2、。负责计算机之间的数据传输和信息交换。硬件系统软件系统通信系统计算机系统的组成二进制数制计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。存储程序程序被加载到内存中，然后按照程序顺序逐条执行。指令执行计算机按照指令顺序执行，每条指令包括操作码和操作数。计算机的工作原理中央处理器02负责协调计算机各部分的工作，接收并解释指令。控制器执行算术和逻辑运算，处理数据。运算器存储中间结果和指令。寄存器CPU的结构控制器将指令寄存器中的指令翻译成一系列微操作。根据译码结果，控制器向相关部件发送微操作信号，完成指令要求的操作。从内存中读取指令并放入指令寄存器。将结果存回内存或寄存器。取指令指令译码执行指令指令结束CP
3、U的工作原理执行指令的速度，通常以MIPS（百万条指令每秒）表示。CPU在工作时的能耗。CPU中晶体管的数量和密度。CPU在正常工作条件下无故障运行的概率。速度功耗集成度可靠性CPU的性能指标存储器03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）。分类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。结构内存的分类与结构内存的工作原理读写原理在RAM中，每
4、个存储单元由一个或多个晶体管组成。当给定一个地址码时，地址译码器会选中相应的存储单元，然后数据输入/输出缓冲器会进行数据的读写操作。动态刷新对于DRAM，由于其存储单元是由电容组成的，因此需要定期刷新以保持数据不丢失。内存的容量决定了计算机可以同时处理的数据量。内存的速度决定了计算机处理数据的快慢。内存的可靠性决定了数据存储的安全性。容量速度可靠性内存的性能指标输入输出系统04键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、摄像头等。显示器、打印机、投影仪、音响等。不同类型的输入输出设备具有不同的功能和特点，适用于不同的应用场景。输入设备输出设备特点输入输出设备的种类与特点输入输出接口的作用连接主机和外部设备，实
5、现数据传输和控制信号的传递。常见的输入输出接口USB、HDMI、VGA、Serial、Parallel等。原理与结构输入输出接口一般由多个信号线组成，包括数据线、控制线和电源线等，通过不同的信号线组合实现不同的数据传输和控制功能。输入输出接口的原理与结构输入输出设备的传输速率越高，数据传输越快。显示器等输出设备的分辨率越高，显示效果越清晰。输入输出设备的可靠性越高，越不容易出现故障。输入输出设备的兼容性越好，越容易与其他设备连接和配合使用。数据传输速率分辨率可靠性兼容性输入输出系统的性能指标总线系统05总线的种类与结构连接计算机内部各个模块，如CPU、内存、I/O设备等。常见的内部总线有PCI
6、、AGP等。外部总线用于连接计算机与其他外部设备或计算机之间的通信。常见的外部总线有USB、IEEE 1394等。系统总线连接计算机的主板上的各个部件，如CPU、内存、北桥、南桥等。常见的系统总线有PCIe、SATA等。内部总线总线的工作原理当多个设备同时申请使用总线时，需要通过仲裁机制决定哪个设备可以使用总线。常见的仲裁机制有轮询、竞争和分散式仲裁等。仲裁总线通过数据线和控制信号实现数据传输。数据线上传输的是二进制数据，控制信号用于协调各个设备之间的通信。数据传输总线的时序决定了数据传输的同步性。时序信号由主设备产生，从设备根据时序信号完成数据的接收或发送。时序总线在单位时间内传输的数据量。
7、吞吐量越大，数据传输效率越高。01020304总线每秒传输的字节数，通常以MBps为单位。带宽越大，数据传输速度越快。总线每秒传输的次数，通常以MHz或GHz为单位。传输速率越高，数据传输速度越快。总线传输数据所需的时间，通常以ns或s为单位。延迟越小，数据传输效率越高。带宽传输速率吞吐量延迟总线的性能指标计算机系统可靠性及安全性06容错技术采用特殊的电路设计和算法，以检测和纠正硬件错误，例如奇偶校验和ECC内存。故障隔离将系统划分为多个独立的模块，每个模块具有自己的硬件和软件，以减少故障对整个系统的影响。硬件冗余设计通过增加硬件组件的数量来提高系统的可靠性，例如使用多个CPU或内存模块。计算机系统的可靠性设计访问控制通过验证用户身份和授权，限制对系统资源的访问，防止未经授权的访问和数据泄露。数据加密使用加密算法对敏感数据进行加密，确保数据在传输和存储时的安全性。安全审计定期对系统进行安全审计，检查潜在的安全漏洞和恶意软件，并及时修复和更新。计算机系统的安全性设计030201故障检测通过监控系统的状态和性能，及时发现硬件或软件的故障，并采取相应的措施。故障隔离一旦发现故障，立即将其隔离，以防止故障扩大并对整个系统造成影响。故障恢复在发现故障后，采取适当的措施进行恢复，例如重启系统、修复硬件或重新安装软件。计算机系统的故障检测与恢复谢谢您的聆听THANKS