《计算机原理》课件演示文稿.ppt
计算机原理课程导论本课程旨在全面介绍计算机系统的基本原理和设计思想，从硬件到软件，深入探讨计算机组成、数据表示、指令系统、存储管理、并行处理以及网络安全等核心概念。通过本课程的学习，学生将掌握计算机系统的底层运作机制，为未来从事计算机相关领域的工作奠定坚实的基础。
课程目标和内容课程目标本课程旨在使学生掌握计算机系统的基本组成、工作原理和设计方法，培养学生分析和解决计算机系统相关问题的能力。同时，提高学生的实践能力，使其能够运用所学知识进行简单的计算机系统设计。课程内容课程内容涵盖计算机系统的各个方面，包括硬件组成、数据表示、指令系统、存储系统、输入输出系统、并行处理、计算机网络以及操作系统等。通过理论学习和实践操作，使学生对计算机系统有一个全面的了解。
计算机系统的基本概念硬件计算机系统的硬件部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。这些硬件设备协同工作，完成各种计算和数据处理任务。软件计算机系统的软件部分，包括操作系统、编译程序、应用程序等。软件负责管理和控制硬件资源，为用户提供各种服务和功能。数据计算机系统处理的对象，包括数字、字符、图像、音频等。数据经过处理和转换，可以成为有用的信息。
冯·诺依曼体系结构存储程序将程序和数据一起存储在存储器中，计算机按照存储的顺序执行指令。顺序执行计算机按照指令在存储器中的存储顺序，逐条执行指令。二进制计算机内部所有信息都用二进制表示。
计算机硬件系统组成中央处理器执行指令，进行运算和控制。存储器存储程序和数据。输入输出设备实现人机交互和数据交换。
中央处理器（CPU）概述组成运算器、控制器、寄存器组。功能指令控制、操作控制、时间控制、数据处理。
运算器的结构和功能1算术逻辑单元（ALU）进行算术运算和逻辑运算。2累加器存储运算结果。3寄存器存储操作数和中间结果。
控制器的结构和功能指令寄存器（IR）1程序计数器（PC）2时序控制电路3控制逻辑4
存储器概述主存储器CPU可以直接访问的存储器，速度快，容量小。辅助存储器CPU不能直接访问的存储器，速度慢，容量大。
主存储器的工作原理1读取数据2写入数据3地址译码4存储单元主存储器是计算机中非常重要的部件，负责存储程序和数据。其工作原理包括地址译码、读取数据和写入数据等关键步骤，确保CPU能够快速准确地访问所需信息，从而保证计算机系统的正常运行。
高速缓存（Cache）技术1提高速度2局部性原理3命中率高速缓存技术是提高计算机系统性能的重要手段，通过利用程序访问的局部性原理，将CPU经常访问的数据存储在高速缓存中，从而减少CPU访问主存储器的次数，提高数据访问速度。高速缓存的命中率直接影响着计算机系统的性能。
辅助存储器类型和特点类型特点硬盘容量大，速度慢固态硬盘容量较小，速度快光盘便携，容量有限
输入设备概述键盘鼠标扫描仪麦克风
输出设备概述显示器显示图像和文字。打印机打印文档和图片。扬声器播放声音。
总线系统的概念和类型概念连接计算机各个部件的公共通道。类型数据总线、地址总线、控制总线。
数据的表示方法1二进制计算机内部使用二进制表示数据。2十进制人类习惯使用十进制表示数据。3十六进制方便表示二进制数据。
定点数和浮点数定点数小数点位置固定不变的数。浮点数小数点位置可以浮动的数。
二进制编码系统ASCII码1Unicode码2UTF-8编码3UTF-16编码4
数据的存储和寻址存储数据在存储器中以二进制形式存储。寻址通过地址找到存储单元的位置。
算术逻辑单元（ALU）的功能算术运算加、减、乘、除等。逻辑运算与、或、非、异或等。移位运算左移、右移等。
加法和减法运算加法将两个数相加。减法将两个数相减。
乘法运算原理1部分积2移位3相加4乘数乘法运算是计算机中的基本运算之一，其原理是通过多次加法和移位操作来实现。首先将乘数分解为多个部分积，然后将这些部分积进行移位和相加，最终得到乘法的结果。这种方法简单易懂，易于在硬件上实现。
除法运算原理1减法2移位3商除法运算与乘法运算类似，也是通过多次减法和移位操作来实现。首先将被除数减去除数，然后将余数进行移位，再次减去除数，直到余数小于除数为止。每次减法的商作为结果的一部分，最终得到除法的结果。
浮点数运算加减法对阶、尾数加减、规格化。乘除法尾数乘除、指数相加减、规格化。
指令系统概述1指令计算机执行的命令。2指令系统计算机所能执行的所有指令的集合。3指令集架构（ISA）计算机硬件和软件之间的接口。
指令格式和类型指令格式操作码、地址码。指令类型算术指令、逻辑指令、控制指令、数据传输指令。
寻址方式立即寻址直接寻址间接寻址寄存器寻址
RISC和CISC架构比较特点RISCCISC指令集精简复杂指令长度固定可变指令执行速度快慢
指令执行过程取指令从存储器中取出指令。译码分析指令的操作