计算机组成原理之机器
时间:2022-04-22
本文章向大家介绍计算机组成原理之机器,主要内容包括1.1 计算机系统概论、1.2 计算机的基本组成、1.3 计算机硬件主要性能指标、3. 系统总线、3.2 总线的分类、基本概念、基础应用、原理机制和需要注意的事项等,并结合实例形式分析了其使用技巧,希望通过本文能帮助到大家理解应用这部分内容。
1.1 计算机系统概论
1.1 计算机系统简介
- 把感应器嵌入和装备到电网,铁路,桥梁等各种物体中,并且被普遍连接,形成所谓“物联网”,然后将“物联网”与现代计算机网络联合起来,实现人类社会和物体实体的整合,形成智慧地球。
- 计算机系统由硬件和软件组成。软件分为系统软件和应用软件,前者包括操作系统,语言处理程序,服务性程序等。
- 计算机编程的层次结构:微指令系统->机器语言->操作系统->汇编语言->高级语言,前两者属于硬件编程层次。
- 计算机体系结构指的是程序员所能看到的计算机系统的属性,概念性的结构和功能特性(指令系统,数据类型,寻址技术,I/O处理,逻辑实现)
- 计算机组成指的是实现计算机体系结构所体现的属性(具体指令的实现,物理实现)
1.2 计算机的基本组成
- 冯诺依曼计算机的特点(存储程序结构的计算机)
- 计算机由五大部分组成(运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备)
- 指令和数据以同等地位存储在存储器中,可按地址寻访
- 指令和数据用二进制描述
- 指令由操作码和地址码组成
- 存储程序
- 以运算器为核心
- 冯诺依曼计算机的问题:运算器工作负载大,存在瓶颈。层次化特征差。
- 解决前一问题,通过以存储器为核心解决。
- 后者则演化成了现代计算机硬件结构。
- 操作码指明了需要执行的操作,地址码指明了需要取出数据在内存中的地址
- 存储器有以下结构:存储体->存储单元->存储元件。存储单元存放一串二进制代码。每个存储单元赋予一个地址,这样就可以在执行指令的时候找到这个存储单元。
- 运算器由ALU,ACC,X,MQ组成。ALU是运算单元,ACC和X是输入数据寄存器,MQ是额外的数据寄存器。ACC和X进行加减运算,ACC和MQ进行乘除运算。
- 控制器的功能包括解释指令和保证指令的按序运行。结构包括PC(取指令,程序计数器,存放当前欲执行指令的地址),IR(分析指令,存放当前欲执行的指令),CU(执行指令)。
- 运算器,控制器,存储器构成了一条指令在计算机上的完成过程,以及指明了程序在主机上是如何运行的。
- 取指令->分析指令->执行指令
- 取指令->分析指令->执行指令
- 取指令:PC-MAR-M-MDR-IR
- 分析指令:IR(OP操作码)-CU
- 执行指令:IR(AD地址码,也就是需要取数的地址)-MAR-M-MDR-ACC(以取数指令为例)
- 以上三步来看,MAR和MDR实际上是接口寄存器。
1.3 计算机硬件主要性能指标
- 机器字长:CPU一次能够处理的数据的位数,与CPU的寄存器位数有关
- 运算速度:主频(外频*倍频),核数,CPI(执行一条指令需要的时钟周期),MIPS(每秒执行百万次指令),FLOPS(每秒浮点数运算)
- 存储容量:主存容量+辅存容量。
3. 系统总线
3.1 总线的基本概述
- 总线是连接各个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质。
- 总线上信息的传输方式分为并行和串行。
3.2 总线的分类
- 片内总线:芯片内部的总线
- 系统总线:计算机各个部件之间的信息传输
- 系统总线又可以分为三类:
- 数据总线(在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据)
- 地址总线(用来指定在RAM(Random Access Memory)之中储存的数据的地址)
- 控制总线(将微处理器控制单元(Control Unit)的信号,传送到周边设备,一般常见的为USB Bus和1394 Bus。)。
- 通讯总线:计算机系统之间或者计算机系统与其他系统之间的信息传输
- 还包括两种总线,扩展总线和局部总线。
- 扩展总线(Expansion Bus):可连接扩展槽和电脑。
- 局部总线(Local Bus):取代更高速数据传输的扩展总线,如cpu和高速缓存间。
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