计算机网络概论——第一章计算机系统知识笔记01 计算机的组成+CPU相关知识

第一小节 计算机组成与CPU

1.1 计算机的组成

1.2 中央处理单元（CPU）

  中央处理单元（CPU）是计算机系统的核心部件，负责获取程序指令、对指令进行编码并加以执行。

1.2.1 CPU的功能

  ① 程序控制（重要功能） ②操作控制 ③时间控制 ④数据处理（根本任务）

1.2.2 CPU的组成

  CPU主要是由运算器、控制器、寄存器和内部总线等部件组成，下面我们来认识一下重要的几个部分。

1.2.2.1 运算器

  运算器在计算机中的定位：数据加工处理部件

1.2.2.1.1运算器的作用

    （1）执行所有的算术运算
    （2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试

1.2.2.1.2 运算器的组成

运算器由算数逻辑单元、累加寄存器、数据缓冲寄存器、状态条件寄存器等组成
(1)算术逻辑单元（ALU）：负责数据处理，实现对数据的算术运算和逻辑运算。
(2)累加寄存器（AC）：当运算器的ALU执行算术或逻辑运算时，提供一个工作区。运算的结果会存放在累加器中。
(3)数据缓冲寄存器(DR)：对内存储器进行读/写操作时，用DR暂时存放由内存储器读/写的一条指令或一个数据字。DR的主要作用为：CPU和内存、外部设备之间数据传输的中转站；CPU和内存、外部设备之间在操作速度上的缓冲；在单累加器结构的运算器中，DR还可兼作为操作数寄存器
(4)状态条件寄存器（PSW）：保存由算术指令和逻辑指令进行或测试的结果建立的各种调价码内容（状态标志和控制标志）

1.2.2.2 控制器

控制器的定位：决定了计算机运行过程的自动化
控制器的作用：控制整个CPU的工作

1.2.2.2.1控制器的组成

（1）指令寄存器（IR）：CPU在执行一条指令时，控制其它组成部件工作，完成所需的功能。
（2）程序计数器（PC，指令计数器）：PC具有两个种功能（寄存信息和计数）。程序执行有顺序执行和转移执行两种情况，

（3）地址寄存器（AR）：内存和CPU存在操作速度上的差异，在内存读/写操作完成前都需要AR来保持地址信息。故AR的作用是保存CPU所访问的内存单元的地址。
（4）指令译码器（ID）：ID的作用是对指令中的操作码字段进行分析解释，向操作控制器发出具体的操作信号，控制各部件工作完成所需的工作。

时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供控制信号。总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通道的控制电路。中断控制逻辑用于控制各种中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。

1.2.2.3 寄存器组

1.2.3 总结

在理解本小节的内容后，我们便可以大致地知道整个CPU的组成结构和运行过程，如下图所示：

1.3 多核CPU

1.3.1 什么是内核

内核是CPU最重要的组成部分。CPU中心隆起的芯片就是核心，由单晶硅制作。CPU所有的计算、接收/存储命令、数据处理都是由它执行。

1.3.2 什么是多核

多核指的是一个单芯片上集成两个或以上的处理器内核，每个内核都有自己的逻辑单元、控制单元、中断处理器、运算单元，一级缓存、二级缓存共享或单独，其他部件的完整性和单核处理器内核相比完全一致。
多核CPU系统的主要开发目的是可满足用户同时进行多任务处理的要求。

1.3.3 小知识

① CPU的厂商AMD与Intel
AMD：AMD的制造CPU的方案为“双核”，即将两个内核做在一个晶元上，通过直连架构连接，集成度更高。
Intel：因特尔的制作方案称为“双芯”，即将放在不同核心上的两个内核封装在一起。
② 单核多线程
单核多线程是交替地转换执行多个人，由于交替时间很短，用户一般感觉不出来。若同时执行的任务过多，则会感到“慢”和“卡”，因此多核比单核多线程的速度更快。