簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)組成原理及層次結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)教程
從軟硬件角度劃分計(jì)算機(jī)
從物理構(gòu)成角度理解計(jì)算機(jī)(9層)
第1層:Physics(物理層)
第2層:Devices(器件層)
第3層:Analog Circuits(模擬電路層)
第4層:Digital Circuits(數(shù)字電路層)
第5層:Logic(邏輯層)
第6層:Micro-architecture(微結(jié)構(gòu)層)
第7層:Architecture(體系結(jié)構(gòu)):將邏輯組件組合在一起以實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)中定義的指令。
第8層:Operating Systems(操作系統(tǒng))
第9層:Application Software(應(yīng)用軟件)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖
馮諾依曼體系機(jī)構(gòu)六大特點(diǎn)?
馮諾依曼結(jié)構(gòu):計(jì)算機(jī)時(shí)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī),數(shù)字與程序都是以二進(jìn)制的方式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。
1)計(jì)算機(jī)由五大部件組成:運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。
2)指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器,可按地址訪問(wèn)。
3)指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示
4)指令由操作碼和地址碼組成
5)存儲(chǔ)程序
6)以運(yùn)算器為中心
計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)
1)機(jī)器字長(zhǎng):CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)(與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān))。
2)運(yùn)算速度
3)存儲(chǔ)容量(存放二進(jìn)制信息的總位數(shù))
A.主存容量(內(nèi)存)
B.輔存容量?(外存:硬盤、U盤、光盤等)
CPU的結(jié)構(gòu)及功能
1)控制器
2)運(yùn)算器
實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算
計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備的理解
1)存儲(chǔ)金字塔
2)緩存
為什么會(huì)出現(xiàn)緩存?
CPU和主存的速度存在差異;在CPU同時(shí)處理很多數(shù)據(jù),而又不能同時(shí)進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的傳輸?shù)那闆r,把優(yōu)先級(jí)低的數(shù)據(jù)暫時(shí)放入緩存中,等優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)處理完畢后再把他們從緩存中拿出來(lái)進(jìn)行處理,而不是訪問(wèn)速度較慢的內(nèi)存,當(dāng)然,如需要的數(shù)據(jù)在Cache中沒(méi)有,CPU會(huì)再去讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù);避免了CPU"空等"的現(xiàn)象。
?緩存的改進(jìn):增加緩存的級(jí)數(shù)
3)主存(內(nèi)存)
主存就是內(nèi)存;是直接與CPU交換信息的存儲(chǔ)器,指CPU能夠通過(guò)指令中的地址碼直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器,
1)ROM
即只讀存儲(chǔ)器,是一種之惡能讀出實(shí)現(xiàn)所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器;ROM所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定,斷電后所存數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。重要特性:在一次性寫入后,只能讀出,不能再寫入。
對(duì)于ROM來(lái)說(shuō),是不是就是硬盤呢?不是說(shuō)ROM只可以讀嗎?必須明確一點(diǎn),RAM和ROM都是內(nèi)存,而硬盤是外存,所以ROM不等于硬盤。
2)RAM
即隨機(jī)存儲(chǔ)器,是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器;斷電時(shí)將丟失器存儲(chǔ)內(nèi)容,故主要用于存儲(chǔ)短時(shí)間使用的程序。它可以隨時(shí)讀寫,而且速度很快,通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介。RAM和ROM相比,兩者最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)消失,而ROM不會(huì)自動(dòng)消失,可以長(zhǎng)時(shí)間斷電保存。重要特性:可以隨時(shí)讀寫,速度快。
3)ROM、RAM和硬盤比較
ROM是只讀存儲(chǔ)器,相對(duì)的RAM是隨機(jī)存儲(chǔ)器,他們都是內(nèi)存儲(chǔ)器。而硬盤(HDD)是外存儲(chǔ)器的一種。他們完全不是一個(gè)概念。
內(nèi)存和外存的最大區(qū)別有兩個(gè):
- 一、內(nèi)存需要供電才能存儲(chǔ)數(shù)據(jù),一旦斷電則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失,而外存存儲(chǔ)則不需要供電;
- 二、內(nèi)存的讀寫速度要遠(yuǎn)高于外存。ROM之所以被稱為只讀存儲(chǔ)器,是因?yàn)橥ㄟ^(guò)一般的方法是無(wú)法寫入或修改數(shù)據(jù)的,只能讀出;而RAM則可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取。
4)輔存?(外存)
特點(diǎn):不直接與CPU交換信息
5)速度比較
CPU > 緩存(Cache) > 主存 > 輔存
4)總結(jié)
CPU不和外設(shè)打交道,直接與內(nèi)存打交道
外設(shè)不和CPU打交道,直接和內(nèi)存打交道
內(nèi)存是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的核心。
但是我們發(fā)現(xiàn)控制器可以直接和外設(shè),內(nèi)存打交道。
馮諾依曼結(jié)構(gòu),從硬件上就決定了,外設(shè)數(shù)據(jù)必須先經(jīng)過(guò)內(nèi)存在到CPU,CPU數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)內(nèi)存再到外設(shè)。為以后計(jì)算機(jī)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)就是通過(guò)這一性質(zhì)搭載到計(jì)算計(jì)算機(jī)硬件上的。
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