计算机系统基础知识（一）
计算机系统基础知识（⼀）
1.1 计算机系统的基本组成
计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的。计算机硬件是物理装置，计算机软件是程序、数据和相关⽂档的集合。
1.计算机硬件
计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输⼊设备、输出设备五⼤部件组成。运算器和控制器及相关部件被集合在⼀起，统称为CPU。CPU是硬件系统的核⼼，⽤于数据的加⼯处理，能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。
运算器是对数据进⾏加⼯处理的部件，它主要完成算术和逻辑运算。控制器的主要功能则是从主存中取出指令并进⾏分析，控制计算机的各个部件完成指令的功能。
存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器和外部存储器。相对来说，内存速度快，容量⼩，⼀般⽤来临时存储计算机运⾏时所需要的程序、数据及运⾏结果。外存容量⼤，速度慢，可⽤于长期保存信息。寄存器是CPU中的存储器件，⽤来临时存放少量的数据、运算的结果和正在执⾏的指令。与内存相⽐，寄存器的速度要快的多。
2.计算机软件
计算机软件指为管理、运⾏、维护及应⽤计算机系统所开发的程序和相关⽂档的集合。
1.2计算机的基本组成及⼯作原理
加计算机硬件的基本组成包括运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备五⼤部分。其中集成在⼀起的运算器和控制器成为CPU。
运算器是对数据进⾏加⼯处理的部件，它既能完成算术运算，⼜能完成逻辑运算，所以⼜被称为逻辑运算单元。
控制器的主要功能是从主存中取出指令并进⾏分析，以控制计算机的各个部件有条不紊地完成指令的功能。
存储器主要有称为内存和外存的存储部件组成，为了提⾼整个系统的运送速度，计算机中往往还要设置寄存器、⾼速缓存器等存储器。
输⼊/输出设备是计算机系统与外界交换信息的装置，⼀般通过总线和接⼝将主机与I/O设备有机地结合在⼀起。
1.2.1总线的基本概念
1.总线的分类与定义
总线是连接多个设备的信息传送通道，实际上是⼀组信号线。
总线通常分为以下⼏类。
·芯⽚内总线。⽤于集成电路芯⽚内部各部分的连接。
·元件级总线。⽤于⼀块电路板内各元器件的连接。
·系统总线，⼜称内总线。⽤于计算机各组成部分的链接。
·外总线，⼜称通信总线。⽤于计算机与外设或计算机与计算机之间的连接或通信。
2.系统总线
系统中线是微机系统中最重要的总线。CPU通过系统总线对存储器的内容进⾏读写，同样通过系统总线，实现将CPU内数据写⼊外设，或由外设读⼊CPU。按照传递信息的功能来分，系统总线分为地址总线，数据总线和控制总线。
系统总线的性能指标主要有带宽、位宽和⼯作频率等。
系统总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每秒钟传送的最⼤稳态数据传输率。系统总线的位宽指的是总线能同时传送的⼆进制数据的位数，或数据总线的位数。总线的位宽越宽，每秒钟数据传输率越⼤，总线的带宽越宽。
它们之间的关系是：总线的带宽=总线的⼯作频率*总线的位宽/8
3.外总线
1.2.2中央处理单元
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1.CPU的功能
别墅贵妇双飞·指令控制。CPU通过执⾏指令来控制程序的执⾏顺序，这是CPU的重要职能。
·操作控制。⼀条指令功能的实现需要若⼲操作信号来完成，CPU产⽣每条指令的操作信号并将操作信号送往不同的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进⾏操作。
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·时序控制。CPU通过时序电路产⽣的时钟信号进⾏定时，以控制各种操作按照指定的时序进⾏。
·
数据处理。在CPU的控制下完成对数据的加⼯处理是其最根本的任务。
2.CPU的组成
CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线组成。
·运算器
运算器（ALU）主要是完成算术运算和逻辑运算，实现对数据的加⼯和处理。基本包括算术和逻辑运算单元、累加器（AC）、状态字寄存器（PSW）、寄存器组及多路转换器等逻辑部件。
在运算过程中，寄存器组⽤于暂存操作数或数据地址。标志寄存器也称状态寄存器，⽤于存放算术、逻辑运算中产⽣的状态信息。
·控制器
护士节祝福词控制器的主要功能是从主存中取出指令，并指出下⼀条指令在内存中的位置，将取出的指令送⼊寄存器，启动指令译码器对指令进⾏分析，最后发出相应的控制信号和定时信息，控制和协调计算机各个部件有条不紊的⼯作，完成指令规定的操作。
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、状态字寄存器（PSW）、时序产⽣器和微操作信号发⽣器组成。
控制器各部分的主要作⽤：
·程序计数器：当程序顺序执⾏时，每取出⼀条指令，PC内容⾃动增加⼀个值，指向下⼀条要取的指令。当程序出现转移时，则将转移地
·程序计数器：当程序顺序执⾏时，每取出⼀条指令，PC内容⾃动增加⼀个值，指向下⼀条要取的指令。当程序出现转移时，则将转移地址送⼊PC，然后由PC指出新的指令地址。
·指令寄存器：存放正在执⾏的指令。
·指令译码器：对现⾏指令进⾏分析，确定指令类型和指令所要完成的操作以及寻址⽅式。
·时序部件：⽤于产⽣时序脉冲和节拍电位以控制计算机个部件有序地⼯作。
·状态字寄存器：⽤于保存指令执⾏完成后产⽣的条件码。此外，PSW还保存中断和系统⼯作状态等信息。
·
微操作信号发⽣器：根据指令提供的操作信号、时序产⽣器提供的时序信号，以及各功能部件反馈的状态信号等综合成特定的操作序列，从⽽完成对指令的执⾏控制。
控制器的操作是控制整个计算机的各个部件有条不紊地⼯作，他的基本功能就是从内存取指令和执⾏指令。
执⾏指令的过程分为如下⼏个步骤：
森林里的故事>多少号是母亲节·取指令。控制器⾸先按程序计数器所指出的指令地址从内存中取出⼀条指令。
·指令译码：将指令的操作码部分送到指令译码器进⾏分析，然后根据指令功能向有关部件发出控制命令。
·按指令操作码执⾏。根据指令译码器分析指令产⽣的操作控制命令以及程序状态字寄存器的状态，控制微操作形成部件产⽣⼀系列CPU内部的控制型号和输出到CPU外部的控制信号。在这⼀系列控制信号的控制下，实现指令的具体功能。
·形成下⼀条指令地址。若⾮转移类指令，则修改程序计数器的内容；若是转移类指令，则根据转移条件修改程序计数器内容。
寄存器组
寄存器是CPU中的⼀个重要组成部分，他是CPU内部的临时存储单元。寄存器既可以⽤来存放地址和数据，也可以存放控制信息或CPU⼯作时的状态。在CPU中增加寄存器的数量，可以使CPU把执⾏程序时所需要的数据尽可能地放在寄存器中，从⽽减少访问内存的次数提⾼其运⾏速度。但是寄存器的数量也不能太多，除了增加成本外，寄存器地址编码增加还会增加指令长度。CPU中寄存器通常分为存放数据的寄存器、存放地址的寄存器、存放控制信息的寄存器、存放状态信息的寄存器和其他寄存器类型。
·累加器：累加器是⼀个数据寄存器，在运算过程中暂时存放操作数和中间运算结果，不能⽤于长时间地保存⼀个数据。
·通⽤寄存器组：通⽤寄存器组是CPU中的⼀组⼯作寄存器，运算时⽤于暂存操作数或地址。在程序中使⽤通⽤寄存器可以减少访问内存次数，提⾼运算速度。
·标志寄存器：⼜称状态字寄存器，⽤于记录运算中产⽣的标志信息。标志寄存器中的每⼀位单独使⽤，称为标志位。标志位的取值反映了ALU当前的⼯作状态，可以作为条件转移指令的转移条件。
~进位标志位（C）：当运算结果位最⾼位产⽣进位时将该位置1.
~零标志位（Z）：当运算结果为零时置1.
~
符号标志位（S）：当运算结果为负时置1.
~溢出标志位（V）：当运算结果产⽣溢出时置1.
~奇偶标志位（P）：当运算结果中1的个数为偶数时置1.
·指令寄存器：指令寄存器⽤于存放正在执⾏的指令，指令从内存中取出后送⼊指令寄存器。其操作码部分经指令译码器送微操作信号发⽣器，其地址码部分指明参加运算的操作数的地址形成⽅式。在指令执⾏过程中，指令寄存器中的内容保持不变。
·数据缓冲寄存器：⽤来暂时存放由内存储器读出的⼀条指令或⼀个数据字；反之，向内存存⼊⼀个数据字时，也暂时将他们存放在数据缓冲寄存器中。
·地址寄存器：⽤来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
·其他寄存器
内部总线
CPU内部总线将运算器、控制器和寄存器组等连接在⼀起。
3.双核和多核处理器

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