第五章 计算机组成

计算机的三个子系统:中央处理单元(CPU)、主存储器和输入/输出子系统。

中央处理单元

  • CPU有三个组成部分:算术逻辑单元、控制单元、寄存器组。
  • 算术逻辑单元控制三种操作:逻辑运算、移位运算、算术运算。
  • 寄存器有三部分:数据寄存器、指令寄存器、程序寄存器。
  • 控制单元控制各个子系统的操作。

主存储器

  • 主存储器是存储单元的集合,每个存储单元有位移标识,称为地址。内存地址用无符号二进制整数定义。
    • 存储器的类型:
    1. RAM(随机存取存储器),断电后信息丢失。
      RAM分为静态(SRAM)和只读(DRAM)。
      SRAM用传统触发器门电路,速度快,但价格昂贵;
      DRAM使用电容器,速度慢但价格便宜。

    2. ROM(只读存储器),断电后信息不会消失。
      PROM(可编程只读存储器)可用来存储特定程序。
      EPROM(可擦除可编程只读存储器)可用紫外光擦写。
      EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)用电子脉冲来编程和擦写。

输入/输出子系统

  • 非存储设备:键盘、监视器、输出设备等。
  • 存储设备:磁介质存储设备、光存储设备

子系统的互联

  • CPU和存储器之间的连接:有三组线路连接在一起,分别是数据总线、地址总线和控制总线。
  • I/O设备的连接:输入输出设备通过一种被称为输入/输出控制器或接口的器件连接到总线上。几种控制器:
    • 小型计算机系统接口(SCSI)
    • 火线
    • 通用串行总线(USB)
    • 高清晰度多媒体接口(HDMI)
  • 输入输出设备的寻址是数据在CPU和输入输出设备中传送的过程,有两种寻址方法,分别是:I/O独立寻址和I/O存储器映射寻址。

程序执行

  • CPU利用重复的机器周期来执行程序中的指令,一个周期包括三部分:取指令、译码和执行。

  • 输入输出设备的运行比CPU要慢得多,有三种方法被设计用于控制同步,分别是:程序控制输入/输出、中断控制输入/输出、直接存储器存取。
  • 不同的体系结构

  • CISC—复杂指令计算机
  • RISC—精简指令计算机
  • 并行处理
    1. SISD(单指令流,单数据流)
    2. SIMD(单指令流,多数据流)
    3. MISD(多指令流,单数据流)
    4. MIMD(多指令流,多数据流)

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