【JavaEE初阶】计算机原理概述(一)

目录

本章要点

程序 = 指令 + 数据

二、冯诺依曼体系

1、冯诺依曼体系是指指令也被视为数据,是一种特殊的数据。存储在内存当中。

2、五大结构

3、特殊数据(指令)是如何在内存中存储的?

4、非指令的数据在内存中的存储问题

三、CPU的基本工作原理(重点)

1、逻辑算数运算器

2、控制器

3、寄存器

4、现代高级CPU为了提高性能,一般会带有缓存

5、逻辑门

6、ALU算数逻辑单元

7、CU控制单元

四、CPU的基本工作流程

1、取码阶段

2、解码阶段

3、执行阶段

五、CPU的中断模式

1、中断过程

2、中断的作用(了解)

总结​​​​​​​


本章要点

  • 从硬件角度学习计算机的基本工作原理。主要是CPU的基本工作原理。
  • 从操作系统软件角度,学习我们的程序是如何工作起来的。

一、程序是什么?(重点)

程序 = 指令 + 数据

二、冯诺依曼体系

1、冯诺依曼体系是指指令也被视为数据,是一种特殊的数据。存储在内存当中。

2、五大结构

        处理器(CPU)=>运算器 + 控制器

        存储器 =>内存

        输入设备

        输出设备

        注:内部的数据交换是通过总线

3、特殊数据(指令)是如何在内存中存储的?

        前提:内存是由电子元件组成,以二进制的形式存储数据的。

        指令是一组规定的动作——>利用编码规定——>形成操作码(opcode)

4、非指令的数据在内存中的存储问题

        ①数据:数和非数的数据(声音、图像、字符串...)

        ②要在计算机中进行“非数数据”的存储,就需要将它转换成数类型的数据,也是通过编码表

字符串 ——> 字符 Unicode编码 (ASCII编码是他的子集)

图片 ——>RGB编码

声音 ——>连续信号编码为离散信号                 

        ③数类型的数据在内存中的表示方法:

                有限范围内的整数:正码、反码、补码

                有限范围内的小数:IEEE754

三、CPU的基本工作原理(重点)

1、逻辑算数运算器

与、或、非、加、减、乘、除、取余

2、控制器

3、寄存器

临时存储数据的存储单元,每个只能存储一个整型数,但是数量很多。

4、现代高级CPU为了提高性能,一般会带有缓存

5、逻辑门

【JavaEE初阶】计算机原理概述(一)_第1张图片

6、ALU算数逻辑单元

【JavaEE初阶】计算机原理概述(一)_第2张图片

A:输入

B:输入

F:opcode 指导ALU进行什么运算

D:标志位、溢出、负数、0

R:输出 

注:CPU是计算机的核心,ALU就是CPU的核心

7、CU控制单元

        ①功能:A.控制register <——>memory

                       B.驱使ALU计算

 【JavaEE初阶】计算机原理概述(一)_第3张图片      PC:程序计数器,存储下一条要执行的命令在内存中的地址

        IR:下一条要执行的命令

四、CPU的基本工作流程

1、取码阶段

        CU根据PC寄存器的值,去内存中的响应位置,把数据读取到IR寄存器中。正常情况下,PC寄存器中的值自动+1。

2、解码阶段

        CU按照预先设定的指令集解读数据。

3、执行阶段

五、CPU的中断模式

        正常模式下,CPU可以顺序执行,可以分支执行。但总归只能按照规定的顺序执行下去。现实生活中,很多时候需要暂时中断CPU当前执行流,让CPU干点别的工作,再回头来继续原来的执行流。

1、中断过程

  • 保存当前的PC值到内存中的某个位置
  • 修改PC值,让CPU执行其他执行流
  • 其他执行流结束后,通过刚才保存的PC值恢复到PC寄存器
  • 继续原来的执行流

2、中断的作用(了解)

  • IO设备的处理
  • 操作系统中用于进程调度

总结

  • 由于硬件中的PC在自动+1,所以代码变成的指令才能够顺序执行;
  • 代码中的一条语句,有可能是多条指令才可完成的。语句是一组指令的抽象封装;变量是一段内存空间的抽象封装。
  • PC中的值在某指令周期中很关键,可以控制执行那里的指令。
  • CPU的运算快慢就是看CPU执行周期的频率;CPU主频可以粗略的看作是每秒CPU可执行多少个指令周期。

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