【精简版】计算机原理
精简版
- 一、计算机三个基础认识
- 二、计算机硬件层简述
- 1. 最简硬件系统简图
- 2. CPU简述
- 1）控制单元
- 2）运算单元
- 3）存取单元
- *）中断系统
- 3. 实例
- 1）Z80CPU
- 2）AT89S51单片机
- 3）Intel 8086处理器
一、计算机三个基础认识
- 计算机由硬件和软件构成，是执行输入、运算、输出的机器。
- 程序（软件）是指令和数据的集合。指令即是对数据的处理过程。
- 计算机的处理方式与人的思维习惯有所不同。其中最不同的是计算机需要清晰明确的指令，以及用数字表述一切信息。
根据以上认识，在了解一下新技术时可以从以下三点切入：
1）关于调用指令的规范
2）定义数据格式的规范
3）使计算机获得什么功能
二、计算机硬件层简述
1. 最简硬件系统简图
2. CPU简述
从逻辑上可以划分成3个模块，分别是控制单元、运算单元和存取单元，这三部分由CPU内部总线连接起来。
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从实现的功能方面看，CPU大致可分为如下八个逻辑单元：指令寄存器、指令译码器 、控制单元、寄存器、逻辑运算单元（ALU）、预取单元、总线单元、数据高速缓存。
CPU工作原理概图
高级语言、汇编语言—(编译器)—>指令/机器语言—(控制器)—>微指令—(解码器)—>控制信号
1）控制单元
（1）是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR、指令译码器ID和操作控制器OC等组成。
（注：操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。）
（2）运行过程：它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。
2）运算单元
（1）运算单元接受控制单元的命令而进行动作，由各类运算器及相应的寄存器组成。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。
3）存取单元
（1）是CPU中暂时存放数据的地方，包括CPU片内缓存和寄存器组。
（2）寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途，通用寄存器的数目因微处理器而异。
*）中断系统
（1）中断装置和中断处理程序统称为中断系统。中断的实现由实行软件和硬件综合完成，硬件部分叫做硬件装置，软件部分称为软件处理程序。
（2）中断系统能够加强CPU对多任务事件的处理能力。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。
/1、怎么评测不同CPU的优劣？——核心线程、频率、跑分
/2、如何提升CPU的性能？——指令调度方面、架构方面、工艺方面、散热
注：(1) CPU 在计算时是依照指令集的规范来实现的，而架构就是实现这个指令集的物理结构；(2)工艺是指制造CPU或GPU 里晶体管门电路的尺寸，制造工艺越低，CPU 里所含的晶体管越多，CPU功能也就越丰富，同时功耗也会降低，频率也能拉高。
3. 实例
1）Z80CPU
6：时钟引脚，16：可屏蔽中断，17：不可屏蔽中断，18：HALT，19：内存请求，20：I/O请求，21：读取，22：写入，23：响应总线请求，24：WAIT，25：总线请求，26：重置，27：机器周期1，28：RFSH
Main Register Set:主寄存器集，Alternate Register Set:备寄存器集，
General Purpose:通用，Special Purpose:专用
Accumulator:累加器，Flags:标志，Interrupt Vector:中断向量，Memory Refresh:存储更新
Index:索引，IX:变址寄存器1，IY:变址寄存器2
SP:堆栈，PC:程序计数器
Z80微型计算机线路图
2）AT89S51单片机
并行口：P0、P1、P2、P3
对比与1），为什么要添加下列组件：
看门狗，定时器/计数器，中断系统，SFR
3）Intel 8086处理器
（Adder:加法器，regs:寄存器组，Control:控制器，Decode:解码模块，Microcode:微码/微指令）
芯片的左侧包含16位数据路径：芯片的寄存器和算术电路。加法器和高位寄存器构成与外部存储器通信的总线接口单元，而低位寄存器和ALU构成处理数据的执行单元。
芯片的右侧具有控制电路和指令解码，以及控制每个指令的微码ROM。
之后的芯片有什么不同？核显是？
以下经验来自下列文献总结所得：
《计算机组成原理》
《计算机是怎样跑起来的》
百度百科
博客文章等
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