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简单的计算机组成原理及层次结构学习教程

作者:威斯布鲁克.猩猩

作为通信专业学生,最近专业课老师在讲单片机原理,与计算机专业的计算机组成原理触类旁通,因此,简单的了解了一下计算机组成原理这门课,并把自己的学习内容分享出来

从软硬件角度划分计算机

从物理构成角度理解计算机(9层)

第1层:Physics(物理层)

第2层:Devices(器件层)

第3层:Analog Circuits(模拟电路层)

第4层:Digital Circuits(数字电路层)

第5层:Logic(逻辑层)

第6层:Micro-architecture(微结构层)

第7层:Architecture(体系结构):将逻辑组件组合在一起以实现体系结构中定义的指令。

第8层:Operating Systems(操作系统)

第9层:Application Software(应用软件)

计算机系统的层次结构

现代计算机硬件框图

冯诺依曼体系机构六大特点 

冯诺依曼结构:计算机时存储机构计算机,数字与程序都是以二进制的方式存储在计算机中。

1)计算机由五大部件组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

2)指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址访问。

3)指令和数据用二进制表示

4)指令由操作码和地址码组成

5)存储程序

6)以运算器为中心

计算机硬件的主要技术指标

1)机器字长:CPU一次能处理数据的位数(与CPU的寄存器位数有关)。

2)运算速度

3)存储容量(存放二进制信息的总位数)

A.主存容量(内存)

B.辅存容量 (外存:硬盘、U盘、光盘等)

CPU的结构及功能

1)控制器

2)运算器

实现算术运算和逻辑运算

计算机存储设备的理解

1)存储金字塔

2)缓存

为什么会出现缓存?

CPU和主存的速度存在差异;在CPU同时处理很多数据,而又不能同时进行所有数据的传输的情况,把优先级低的数据暂时放入缓存中,等优先级高的数据处理完毕后再把他们从缓存中拿出来进行处理,而不是访问速度较慢的内存,当然,如需要的数据在Cache中没有,CPU会再去读取内存中的数据;避免了CPU"空等"的现象。

 缓存的改进:增加缓存的级数

3)主存(内存)

主存就是内存;是直接与CPU交换信息的存储器,指CPU能够通过指令中的地址码直接访问的存储器,

1)ROM

即只读存储器,是一种之恶能读出实现所存数据的固态半导体存储器;ROM所存数据稳定,断电后所存数据也不会改变。重要特性:在一次性写入后,只能读出,不能再写入。

对于ROM来说,是不是就是硬盘呢?不是说ROM只可以读吗?必须明确一点,RAM和ROM都是内存,而硬盘是外存,所以ROM不等于硬盘。

2)RAM

即随机存储器,是与CPU直接交换数据的内部存储器;断电时将丢失器存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。RAM和ROM相比,两者最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会自动消失,可以长时间断电保存。重要特性:可以随时读写,速度快。

3)ROM、RAM和硬盘比较

ROM是只读存储器,相对的RAM是随机存储器,他们都是内存储器。而硬盘(HDD)是外存储器的一种。他们完全不是一个概念。

内存和外存的最大区别有两个:

4)辅存 (外存)

特点:不直接与CPU交换信息

5)速度比较

CPU > 缓存(Cache) > 主存 > 辅存

4)总结

CPU不和外设打交道,直接与内存打交道

外设不和CPU打交道,直接和内存打交道

内存是计算机数据的核心。

但是我们发现控制器可以直接和外设,内存打交道。

冯诺依曼结构,从硬件上就决定了,外设数据必须先经过内存在到CPU,CPU数据必须经过内存再到外设。为以后计算机的发展打下基础。操作系统就是通过这一性质搭载到计算计算机硬件上的。

以上就是简单的计算机组成原理及层次结构学习教程的详细内容,更多关于计算机组成原理及层次结构的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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