计算机原理组成 - 图文

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指令就是程序 经典冯诺依曼设备

通过输入设备-运算器-存储器(程序)-控制器然后再控制运算器的运算,结果在通过输出设备进行输出

控制器的控制是双向的,既要有指令的发出又有目标的反馈 现代计算机

输入设备-存储器(包括数据和程序)-程序由控制器执行,数据由运算器执行-运算的结果放入存储器再由输出设备输出

累加器是位于运算器中的一个部件 第二讲

机器字长是指CPU一次能处理数据的位数,通常由CPU寄存器的位数有关,字长越长可以表示的数的范围就越大,精度越高,也会影响机器的运算速度,一个小字长的CPU处理大数据要分几次进行,和大字长的CPU一次进行,速度就会有所差别。

主存储器是内存,直接与CPU打交道,相比于外存速度快,但外存一般是解决存储容量的问题 运算速度

MIPS(Million Instruction Per Second),如果每秒200万条指令,记作2MIPS

CPI(Cycle Per Instruction)是指每执行一条指令所需的时钟周期(主频的倒数)数 FLOPS(Floating Point Operation Per Second)即每秒浮点运算次数来衡量

为什么冯诺依曼式的分线传输是速度慢?因为I/O设备相对于CPU属于慢速设备,如果输入设备直连运输器,需要运算器先停止运算,之后接受数据所以CPU效率会很低 总线

总线是连接多个部件的信息传轴线,是各个部件共享的传输介质。但是如果有两个以上信号同时发出,就会使得信号冲突传输无效,但是一个信号发出,其他的就可以一起接受相同信息。

总线是由许多传输线和通路组成的,每条线可以传输一位二进制代码,所以若干条传轴线可以同时传输若干个二进制代码(并行),例如8根总线传16位的数据,就要分两次完成传输

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<双总线就是指I/O总线和存储总线>外部设备要通过总线与I/O接口连接到I/O总线上,连接CPU和MM的总线称之为存储总线,连接CPU和各I/O接口之间交换信息的通道叫做I/O总线。但是这种结构在与MM交换信息的时候仍然会占用CPU,因此会影响CPU的效率(是以CPU为中心)。

第二张图也是双总线结构,其中CPU和MM也是存储总线(高速总线),而通道是具有特殊功能的处理器,CPU可以将一部分功能下放给通道,以便于对I/O设备进行统一的管理,一般运用于大中型计算机系统。

所有设备都挂在这一条主线上。相对于“双总线”结构的优点是当I/O设备与主存交换信息的时候原则上是不影响CPU的工作的,CPU仍可以继续处理不访问主存或I/O设备的操作,这使得CPU效率有所提高,但是由于总线的性质,所以当某一时刻时各部件都要占用时,就要出现争夺现象,所以需要设定优先级,会影响整机的速度。

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这可以理解是单总线结构的升级版,在上一个的基础上加装了一根存储总线,使得存储器为中心,特别说明用作CPU和MM的存储总线是高速总线,与系统总线不一样。

DMA总线由于高速的外设,如硬盘磁带等,但是主存总线和DMA总线不能在同一时刻对MM进行存取

首先介绍Cache是高速缓冲存储器,因为CPU速度还是比MM要快,而Cache速度和CPU

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相当,可以缓冲CPU和MM的速度差异,但是容量要远小于MM,所以如果CPU要读取数据时,先从Cache中寻找,如果有则通过局部高速总线传输到CPU中,如果没有Cache就会通过系统总线先从MM中寻找数据,再输入到Cache中,在输入到CPU中,如果CPU所需数据在Cache中有,就可以提高效率了。而且I/O设备直接可以访问MM,所以又可以提高效率

相对于三总线结构,四总线结构又对I/O设备进行了详细的分类,对于I/O设备中的高速设备通过高速总线直接连到Cache上,而低速设备又通过扩展总线连接在一起

总线的分类:

数据传送方式(传输总线)-并行传输总线和串行传输总线(只用一根总线),在并行传输总线中又可按传输宽度分为8位,16位,32位等等 适用范围-计算机总线(包括外设总线),测控总线,网络通信总线等 计算机总线又包括片内总线,系统总线,通信总线

片内总线是芯片内的总线,如在CPU芯片内部,寄存器与寄存器之间,寄存器与ALU之间都有总线连接。

系统总线(详见单总线的图)是指CPU、MM、I/O各大部件的信息传输线,系统总线又叫做板级总线或板间总线。按照传输信息的不同又可以分为数据总线,地址总线和控制总线。 数据总线传输方式是双向的,是用来传送数据,与机器字长和存储字长有关,其条数称为数据总线的宽度

地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址,是单向传输的,如果CPU想从MM中取数据就要先通过地址总线发送目的数据所在的地址,在通过数据总线传输,再例如某数据经过I/O设备输出,需要通过地址总线输出一个设备的地址,然后再通过数据总线输出数据。地址总线的位数与存储单元的个数有关,20根地址线,对应的存储单元个数为220,代表了电脑的寻址能力 控制总线用来发送各种控制信号的传输线,是控制使用的优先级的。一根线的传输是单向的,由CPU发出改变设备状态的命令,命令由CPU发出,但是总体来说控制总线又是双向的,例如某I/O设备向CPU发出请求信号或中断信号等(另外解释一下中断:在现代计算机中,

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