【计算机组成原理】计算机系统

向右看齐 2021-09-21 03:14 946阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  画一个计算机结构图
     *  冯诺依曼计算机的主要设计思想是什么? 他包括哪些主要组成部分?
     *  什么是存储容量?
     *  什么是单元地址?
     *  什么是数据字?什么是指令字?
     *  指令和程序的关系
     *  什么是内存?
     *  什么是外存?
     *  什么是CPU?
     *  什么是适配器? 简述器功能.
     *  现代计算机系统如何进行多级划分的, 这种分级观点对计算机设计会产生什么影响?

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## 画一个计算机结构图 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
从抽象的图中可以看到计算机硬件是由CPU、总线、适配器、存储器组成的。

*  CPU中又包括：运算器（ALU）、控制器（CU）、高速缓存（Cache）等
 *  存储器包括：主存储器、外部存储器（硬盘、U盘、光驱等）
 *  总线包括：I/O总线、内存总线、系统总线等
 *  适配器包括：图形适配器（显卡）、网络适配器（网卡）等

## 冯诺依曼计算机的主要设计思想是什么? 他包括哪些主要组成部分? ##

1.  冯诺依曼计算机的设计思想：解题的程序（指令序列）存放到存储程序，而控制器依据存储程序来控制计算机协调完成计算任务。同时它也是机器进行自动化工作的关键。
2.  主要包括内容为：运算器、存储器、控制器、适配器输入输出。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 什么是存储容量? ##

存储器所有存储单元的总数称为存储器的**存储容量**。  
存储容量的以字节(Byte)为基本单位, 如KB、MB、GB、TB等。 存储容量越大 ，表示计算机记忆储存的信息越多。  
**字长**（Word）是以比特（bit）为单位，它指的是计算机一次操作处理的数据量，因此计算机的字长越大相应的性能越高，另外字长影响主存大小，32位字长计算机最多支持4GB内存，而64位计算机最高支持64GB内存。

## 什么是单元地址? ##

存放一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的**单元地址**叫**字地址**，即字（word）地址就是单元地址。  
为什么称之为单元地址呢？因为计算机处理数据并不是一次处理一个bit（那样效率太低），计算机处理（CPU的运算器处理）数据是一块一块处理的，这个“块”就是“字（word）”，即计算机一次处理的数据量的大小。

## 什么是数据字?什么是指令字? ##

如果某字代表要处理的数据 ，则称为**数据字**。  
如果某字为一条指令 ，则称为**指令字** 。  
例如在一个字长为8bit的计算机中，如果0000 0101位数据字，那么他就代表**值为5的数据**。  
如果0000 0101为一个指令字，那么它可能表示一个\*\*“加”操作的指令或者“减”操作的指令\*\*。  
![在这里插入图片描述][20200222224540303.png]

## 指令和程序的关系 ##

指令是构成程序的元素。程序是多个解决问题的指令和数据的序列。  
指令：加减乘除，移位，拷贝，删除，入栈，出栈等操作。

## 什么是内存? ##

内存就是主存储器，用于**临时**存储CPU进行操作时的数据和指令, 断电后数据消失。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 什么是外存? ##

与内存的最大的不同点是**数据持久存储**, 用来存储计算机将要使用和未来可能要使用的数据.  
常见的外存有硬盘、U盘、光驱。

## 什么是CPU? ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

CPU（Central Process Unit）即中央处理器，是解释（或执行）存储在主存中指令的引擎，主要功能是控制程序执行和进行运算操作。

处理器工作流程:  
![在这里插入图片描述][20200222231643752.png_pic_center]

*  加载: 从主存复制一个字节或一个字到寄存器, 以覆盖寄存器原来的内容.
 *  存储: 从寄存器复制一个字节或者一个字到主存的某个位置, 以覆盖这个位置原来的内容.
 *  操作: 把两个寄存器的内容复制到ALU, ALU对这两个字做算术或逻辑运算, 并将结果存放到一个寄存器中, 以覆盖该寄存器中原来的内容.
 *  跳转: 从指令本身抽取一个字, 并将这个字复制到程序的计数器中, 以覆盖原来计数器中的值.

## 什么是适配器? 简述器功能. ##

由于设备种类繁多且速度各异 ，因而它们不能直接与高速工作的主机相连接 ，而是通过适配器部件与主机相联系 , 这种适配部件就是适配器，用来处理数据之间的转换。常见的适配器有网卡、显卡。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

**网卡&显卡部件**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

## 现代计算机系统如何进行多级划分的, 这种分级观点对计算机设计会产生什么影响? ##

计算机系统层次结构划分如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzIxNzk0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

*  第1级是微程序设计级或逻辑电路级。这是一个是实在在的硬件级，程序由硬件之间执行。
 *  第2级是一般机器级， 也成为机器语言，它有微程序解释节指令系统组成，这一层也属于硬件级别。
 *  第3级是操作系统级，他有操作系统的程序实现。 这些操作系统由机器指令和冠以指令组成，广义指令由操作系统定义和解释，因此这一级也成为混合级。
 *  第4级是汇编语言级，提供一种符号形式编程语言，供程序编写程序。
 *  第5级是高级语言级，它是面向用户的，为了方便用户编写应用程序而设置的。

显然 ，采用这种用一系列的级来组成计算机的概念和技术 ，对了解计算机如何组成提供了一种好的结构和体制 。而且用这种分级的观点来设计计算机 ，对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的 。

Q&A 请指正!

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