1.1 计算机硬件基础知识

本节主要考点

1、计算机硬件系统的组成

2、CPU的组成

3、进制转换

4、存储器与总线

5、输入输出控制

计算机硬件系统的组成

CPU的组成

• 运算器：

• 功能：

（1）执行所有的算术运算。如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。

（2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试。如与、非、或、零值测试或两个值的比较等。

• 组成：

（1）算术逻辑单元(ALU)：负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。

（2）累加寄存器(AC)：也称累加器，当算术逻辑单元ALU执行运算时，为其提供一个工作区。

（3）数据缓冲寄存器(DR)：对内存进行读写操作时，用DR暂时存放由内存读写的一条指令或一个数

据字。作为CPU和内存、外设之间在操作速度上的缓冲，以及数据传送的中转站。

（4）状态条件寄存器(PSW)：保存根据算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码的

内容，主要分为状态标志和控制标志。如运算结果进位标志(C)、运算结果溢出标志(V)、运算结果为0标志(Z)、运算结果为负标志(N)、中断标志(I)、方向标志(D)等。

• 控制器：

功能：决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。

包括：指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。

控制器在工作过程中主要使用以下部件：

（1）指令寄存器(IR)：用来暂时存放一条指令，由指令译码器根据指令寄存器中的内容产生各种微

操作指令，控制其它部分协调工作。

（2）程序计数器(PC)：存放的是将要执行的下一条指令的地址。

（3）地址寄存器(AR)：保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在操作速度上的差

异，所以需要使用AR保存地址信息，直到内存读/写操作完成为止。

（4）指令译码器(ID)：对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，然后向操作

控制器发出具体的控制信号。

指令：是对机器进行程序控制的最小单位。一条指令通常包括两个部份：操作码和操作数。

操作码指出是什么操作，由指令译码器（ID）来识别。

操作数直接指出操作数本身或者指出操作数所在的地址。

寄存器组：

（1）专用寄存器：运算器和控制器中的寄存器是专用寄存器，其作用是固定的。

（2）通用寄存器：用途广泛并可由程序员规定其用途，其数目因处理器不同而不同。

进制转换

1、进制的缩写：

二进制是Binary，简写为B。八进制是Octal，简写为O。十进制为Decimal，简写为D。十六进制为Hexadecimal，简写为H。

2、二/八/十六进制转为十进制（按权展开）：

二进制10100.01(B)=1× 2 4 +0 × 2 3 +1 × 2 2 +0 × 2 1 +0 × 2 0 +0 × 2 -1 +1 × 2 -2

八进制256.3(O)=2× 8 2 +5 × 8 1 +6 × 8 0 +3 × 8 -1

十六进制6F8A(H)=6× 16 3 +15 × 16 2 +8 × 16 1 +10 × 16 0

3、十进制转为二/八/十六进制（整除取余法）：

十进制100转为二进制：1100100(B)

十进制100转为八进制：144(O)

十进制100转为十六进制：64(H)

存储器与总线

总线的分类：

• 数据总线(DB)：用来传送数据信息，是双向的。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。

• 地址总线(AB)：用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。

• 控制总线(CB)：用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的，但CB作为一个整体则是双向的。

输入输出技术

• 程序控制方式：

1、无条件传送：外设总是准备好的，无条件，随时接收和提供数据。

2、程序查询方式：CPU利用程序来查询外设的状态，准备好了再传数据。

3、中断方式：CPU不等待，也不执行程序去查询外设的状态，而是由外

设在准备好以后，向CPU发出中断请求。

• 以上三种方式都需要CPU的参与。

4、DMA方式：数据的传输是在主存和外设之间直接进行，不需要CPU的干预，实际操作是由DMA硬件直接执行完成的。

5、通道方式和外围处理机方式：更进一步减轻了CPU对I/O操作的控制，更进一步提高了CPU的工作效率，但是是以增加更多硬件为代价的。