【软件设计师教程】计算机系统知识

  

      如今的计算机无论是从性能和功能上来说都是相当强大的。支持计算机运行的就是在我们的计算机内部的那些精密的硬件。

       计算机的硬件由CPU、存储器、输入输出设备组成，当然了这些东西不是孤立的存在的，由总线将他们连接起来够成了一个整体。连接芯片一级的为内部总线，插件板一级的为系统总线，与其他设备相连的就是外部总线了。

       CPU主要的功能是对我们要进行的操作进行控制和对我们输入的数据进行整理。其中的运算器完成了所有的算术运算和逻辑运算。而这些运算自然是对数据的运算，计算机采用了二进制来表示数据。为了确保数据的准确性，在数据中加入了校验码。控制器则控制了整个CPU的工作，以此来让计算机正确高效的运行。

       CPU处理的数据放到哪里呢？存储器。存储器有很多的种类，其中最主要的是主存了，用来存放当前程序运行的程序和数据。其中最活跃的就是高速缓存了，高速缓存分为两部分内容，一部分是存储部分用来存放主存的部分拷贝信息，另一部分是控制部分用来判断要访问的信息是不是在Cache中，为了保证Cache尽可能高的命中率，出现了不同的算法。主存中的程序到高速缓存就需要地址映像，其中的映像方式有直接映像，全相连映像以及组相连映像。当主存已经不能满足我们的需要的时候就出现了虚拟存储器。暂时用不到的数据我们就以文件的形式放到了外部存储器中。其中磁盘阵列技术和存储域网络作为外部存储器的技术得到了广泛的使用。

输入输出设备，大致有三种控制方式，一种是由CPU进行控制的，其中有无条件传送，查询和中断方式，还有一种就是由DMA执行完成，最后就是IOP处理机了。

 

上面说到了计算机的结构，现在以程序员的视角去看看这个系统的体系结构，其中包括指令系统和处理系统。指令系统的存储分为堆栈，累加器和寄存器组，控制方式有顺序，重叠和流水方式。还有就是处理机，处理机有多重分类，比如阵列处理机，并行处理机多处理机和集群、网格计算。

 

上面从两个不同的角度讨论了计算机的结构。下面就谈谈计算机的安全性和可靠性。安全性分为5个要素：机密，完整，可用，可控，可审查。其中分为了三个等级，分别为技术安全习性，管理安全性，和政策法律安全性。此外还提到了随着信息交换增加而带来的安全威胁。为了提高信息的安全提出了加密技术和认证技术。在保证信息安全的同时我们还要保证计算机的正常运行，这就是可靠性。最后就是对于一个计算机的性能的分析，作为我们设计生产和使用的依据。性能的测试分为两种，一种是从速度上来测试，比如时钟频率，指令执行速度。一种是基准测试程序，通过对程序的执行来判断系统的性能，这种方式是被用户一致好评的。