02_数据操控

2.1 计算机体系结构

中央处理器:计算机中控制数据操纵的电路称为中央处理器(CPU)
主板:计算机主电路板
微处理器:由于CPU比较小,因此又称为微处理器

2.1.1 CPU基础知识

1. CPU组成:
   
   1. 算术/逻辑单元—包含在数据上执行运算(如加法和减法)的电路
   2. 控制单元—包含协调机器活动的电路
   3. 寄存器单元—包含寄存器的数据存储单元,用作CPU内部的信息临时存储

寄存器分成通用寄存器,专用寄存器
通用寄存器:用于临时存储由CPU正在操作的数据
总线:计算机CPU和主存储器通过一组称为总线的线路进行连接

2.1.2 存储程序概念

存储程序概念:将计算机程序存储在主存储器中的思想称为存储程序概念

2.2 机器语言

机器语言:为了应用存储程序概念,CPU被设计成可以识别二进制模式编码的指令,这组指令及编码系统称作机器语言.使用此语言表达的指令称作机器级指令或机器指令

2.2.1 指令系统

精简指令集计算机(RISC):CPU只需要执行最小的一组机器指令集
复杂指令集计算机(CISC):CPU能执行大量复杂的指令
计算机指令集分为3类:(1)数据传输类(2)算术/逻辑类(3)控制类

1.数据传输类:数据传输类指令包含请求在各个位置之间传输数据的指令
2.算术/逻辑类:算术/逻辑类指令告诉控制单元请求在算术/逻辑单元内实现一个活动.
3.控制类:控制类指令包含指导程序执行而非数据操作的指令

2.2.2 一种演示用的机器语言

机器指令编码:操作码字段和操作数字段

2.3 程序执行

CPU控制单元专用寄存器:指令寄存器和程序计数器
指令寄存器用于存储正在执行的指令，程序计数器包含下一个待执行指令的地址，因此它用于以机器方式跟踪程序执行到什么地方。
机器周期:取指、译码、执行
在取指步骤，控制单元根据程序计数器指定的地址，请求主存储器提供它存放该地址的指令；

2.3.1 程序执行的一个例子

2.3.2 程序与数据

2.4 算术/逻辑指令

2.4.1 逻辑运算

AND运算可以屏蔽某些位，使用0相与可以屏蔽，使用1相与可以保留该位
XOR：任何一个二进制数与相同位数的全1相异或，得到该二进制数的反码

2.4.2 循环移位及移位运算

循环移位
算术移位
逻辑移位

2.4.3 算术运算

加减乘除

2.5 与其他设备的通信

2.5.1 控制器的作用

控制器:
端口:
USB：universal serial bus：通用串行总线
FireWire：火线
存储映射输入/输出memory-mapped I/O：CPU是通过控制器与存储器打交道，无论存取，都是通过控制器与存储器相联系

2.5.2 直接内存存取

直接存储器存储DMA：不通过CPU，控制器直接同主存储器通信。
冯.诺依曼瓶颈

2.5.3 握手

握手：计算机与外围设备之间交换设备状态的信息，协调他们之间的活动
状态字：有外围设备生成并发送给控制器的一个位模式，该状态字是一个位图，其中的各个二进制位反映了该设备的各种状态。

2.5.4 流行的通信媒介

并行通信
串行通信
调制解调器
数字用户路线

2.5.5 通信速率

多路复用技术
宽带

2.6 其他体系结构

2.6.1 流水线

吞吐量
流水线技术

2.6.2 多处理器计算机

并行处理技术