1、计算机硬件基础

一、计算机基础知识

1、计算机的进制

逻辑0和1

• 在计算机中数据的存储、运算、传输都是以高低电平的方式。在数字电路中高、低电平用来表示逻辑1和0

计算机的组成

输入设备：

• 把其他信号转换成计算机能识别和处理的信号，并送入计算机中

输出设备：

• 把运算的结果以人或者其他设备能接受的形式送出计算机

存储器：

• 存储器是用来存储程序和数据的部件，是实现"存储程序控制"的基础。如：内存、硬盘等

运算器：

• CPU中负责进行算术运算和逻辑运算的部件，其核心是算数逻辑单元ALU

控制器：

• 控制器是CPU的指挥中心，控制整个CPU执行程序的逻辑过程

注：运算器和控制器共同组成了CPU

总线

总线：

• 总线是计算机中各部件之间传送信息的公共通信干线，在物理上就是一束导线。按照其传递信息的类型可以分为：数据总线（用于传输数据）、地址总线（用于指示内存位置）、控制总线（用于传递控制信号）

DMA总线：

• DMA（Direct Memory Access）即直接存储器访问，使用DMA总线可以不通过CPU直接在存储器之间进行数据传递

二、多级存储结构

三级存储结构

• 使用三级存储结构是为了兼顾速度、容量、价格

Cache：

• 速度最快、价格最贵、容量最小、断电数据丢失、CPU可以直接访问。存储当前正在执行中的程序中的活跃部分，以便快速的先CPU提高指令和数据

辅助存储器（硬盘、固态驱动器）：

• 速度最慢、价格最低、容量最大，断电数据不丢失、CPU不可以直接访问。存储暂时不运行的程序和数据，需要时在传送到主存

主存储器（RAM）：

• 速度、价格、容量介于Cache喝辅存之间，断电数据丢失、CPU可以直接访问。存储当前正在执行的程序和数据

地址空间

地址空间：

• 一个处理器能够访问（处理）的存储空间是有限的，我们称这个空间为它的地址空间（寻址空间），一般来说N位地址总线的处理器的地址空间是2的N次方。
  

三、CPU工作原理

• 每执行一条CPU指令后PC的值会自动增加指向下一条指令

指令执行的过程

一条指令的执行分为三个阶段：

• 1、取址：
  - 将CPU寄存器中的地址发送给内存，内存将其地址中对应的指令返回到CPU中的指令寄存器（IR）
• 2、译码：
  - 译码器对IR寄存器中的指令进行识别，将指令（机器码）解析成具体的运算
• 3、执行：
  - 控制器控制运算器中对应的运算单元进行运算，运算结果写入寄存器

取址阶段将地址从PC寄存器发送到内存以获取指令，然后在译码阶段将该指令解析为具体的操作码和操作数，最后在执行阶段进行实际的计算或操作。

每执行一条指令后，PC寄存器的值会自动增加指向下一条指令