(1)计算机的组成及其功能
冯.诺伊曼体系中,计算机有五大基本部件:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
实际应用中,计算机包括CPU(控制器和运算器)、存储器(Memory内存和Disk外存)、Input输入设备、Output输出设备。
CPU由运算器、控制器、寄存器、缓存、指令集组成。
a、运算器是实现算术运算和逻辑运算的部件:
主要由算术逻辑部件(ALU:Arithmetic and Logic Unit)、寄存器组和状态寄存器组成:
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作;
通用寄存器组是用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果;
状态寄存器在不同的机器中有不同的规定,程序中,状态位通常作为转移指令的判断条件。
b、控制器是计算机的指挥系统,通过地址来访问存储器(内存),从存储器中取出指令,经译码器分析后,根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件,使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。
控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分:
指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作;
时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号,一般时钟脉冲就是最基本的时序信号,是整个机器的时间基准,称为机器的主频;
总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路,就CPU而言一般分为内部总线和CPU对外联系的外部总线,外部总线有时候又叫做系统总线、前端总线(FSB)等;
中断是指计算机由于异常事件,或者一些随机发生需要马上处理的事件,引起CPU暂时停止现在程序的执行,转向另一服务程序去处理这一事件,处理完毕再返回原程序的过程。由机器内部产生的中断,把它叫做陷阱(内部中断),由外部设备引起的中断叫外部中断。
c、寄存器(register)是CPU内部用来存放数据的一些小型的存储区域,用来暂时存放参与运算的数据以及运算结果。寄存器由电子线路组成,存取速度非常快,与CPU的速度相当,寄存器的成本较高,因而数量较少。CPU内部的寄存器类型有指令寄存器、程序计数器、数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器等。
(2) 存储器 a、Memory内存,RAM(Random Access Memory) 由Cell存储单元组成,每个Cell为8bits。 扩展思考: 32位CPU能引用的存储单元位置,决定了最大可用到的内存大小为4GB: 32位CPU,能够识别的存储单元地址个数位2^32个,每个位置代表一个存储单元Cell,每个Cell是8bits(1Byte), 能用到的内存大小为2^32Bytes=4GB。 b、Disk外存,即磁盘,存储数据。
(3) 输入设备 下指令,提供数据等。
(4) 输出设备 输出数据加工后的结果。
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