计算机基础笔记(二)—计算机组成

前言

不必害怕未知，无需恐惧犯错，做一个Creator！

组成构成：中央处理器+主存储器+输入/输出子系统

一、中央处理器（CPU）

算术逻辑单元（ALU）+控制单元+寄存器组

算术逻辑单元（ALU）： 对数据进行逻辑、移位、算术运算
寄存器： 存放临时数据的高速独立的存储单元
数据寄存器： 用来存储输入数据和运算结果
更多的复杂运算由硬件设备实现，所以CPU中使用大量寄存器来提高运算速度。
指令寄存器： 用来存储在内存中相对应的程序
程序计数器： 保存当前正在执行的指令，指向下一条指令的内存地址
控制单元：控制各个子系统的操作

二、主存储器

存储单元的集合，每个存储单元都有地址作为唯一标识符

地址空间： 所有在存储器中标识的独立的地址单元的总数
千字节：210（1024）字节 兆字节：220（1048576）字节

存储器类型：RAM+ROM
RAM（随机存取存储器）:
用户可以进行读写，系统断电后数据将丢失。
SRAM(静态RAM):传统触发器门电路保存数据，通电保存，速度快价格贵
DRAM（动态RAM）:使用电容器，需要周期性刷新，速度慢便宜
ROM（只读存储器）:
存储关机后也不能丢失的程序或数据
PROM(可编程只读存储器)
EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)：电子脉冲实现编程和擦除

三、输入/输出子系统

非存储设备： 键盘、鼠标、打印机
存储设备： 磁盘磁带、光盘、CD、DVD

四、子系统互连

CPU与存储器
总线相连=数据总线+地址总线+控制总线
数据总线：每根线每次传1位数据，计算机的字32位，需要32根线的数据总线
地址总线：允许CPU访问存储器的某个字，如果存储器的容量是2n个字，地址总线需要传输n位的地址数据，需要n根线
控制总线：负责在中央处理器和内存之间传送信息，如果计算机有2m条控制指令，控制总线需要m根线

IO设备和CPU
IO设备不能直接与CPU相连，操作速度的差异导致中间需要有输入/输出控制器连接。
控制器（接口）
串行设备一根数据线到设备，并行控制器数个数据线到设备
USB通用串行总线
多个设备可以被连接到一个USB控制器，这个控制器也称为根集线器。
USB四根线缆： VCC + GND + D+（正电压数据线） + D-（负电压数据线）

输入/输出设备的寻址
IO独立寻址
IO存储器映射寻址：CPU将输入输出控制器中的每个寄存器都看作内存中的某个存储字，对内存的操作指令都适用于输入/输出设备

五、程序执行

机器周期：取指令+译码+执行

取指令：待执行的指令复制到CPU指令寄存器
译码：产生系统可以执行的二进制代码
执行
CPU操作与输入输出设备同步：程序控制输入输出、中断控制输入输出、直接存储存取（DMA）
DMA:DMA控制器中有寄存器，可以在内存传输前后保存数据块。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。

六、计算机体系结构

CISC（复杂指令集计算机）： 指令复杂量大，设计简单
RISC（精简指令集计算机）： 指令少，设计复杂
并行处理：单指令流，单数据流（SISD）、SIMD、MISD、MIMD

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