计算机结构


计算机的结构分为三大类:中央处理器单元,主存储,输入/输出子系统

中央处理单元

在中央处理单元CPU中,包含了算数逻辑单元,控制单元,寄存器三个组成部分。

算数逻辑单元
又称为ALU,主要负责逻辑运算,移位运算,算数运算。

寄存器
寄存器内部一般包含三个寄存模块,分别是数据寄存器,该寄存器用于存储输入数据和ALU运算的结果。指令寄存器,该寄存器用于从内存中提取指令并存储,由控制单元CU中的IR寄存器解释并执行。程序计数器,用于保存当前正在执行的指令,当指令完成后,自动加1,指向下一条指令地址。
控制单元
控制单元被称之为CU,控制各个子系统的运作。


主存储器

主存储器是存储单元的集合,每一个存储单元都有独立的标识,也就是地址,存储单元最小的单位是位,8位一字节,8bit=1byte,1024byte=1kb(kbyte)。
主存储器的特点是易失性,断电数据丢失,速度快,被程为内存。(运行内存)
存储器种类较多,实用性不大,不过多解释

在主存储器与寄存器之间还有一个部件
它就是Cache,高速缓存存储器,它速度比主存还快,但是比寄存器慢,缓存分为一级缓存,二级缓存,三级缓存,前两级缓存随着技术发展,如今已经集成到CPU内部了,缓存的空间非常小,即使是现在,一级缓存也只有32kb,二级缓存256kb,三级缓存8MB。缓存存在的意义就是降低CPU向内存中读取数据的次数,提高CPU的效率,把经常用的数据放进缓存,需要数据会优先检查缓存,如果不存的话再从内存读取。一般把CPU读取数据在缓存内部的几率称之为缓存命中率
不用奇怪为什么缓存这么小究竟为什么能提高CPU的效率,因为CPU需要花费80%的时间来读取20%的数据,可以说相同的数据需要被多次读取,缓存的存在,可以减少CPU的80%读取时间。


输入/输出子系统

输入/输出子系统分为存储设备和非存储设备
存储设备
磁盘就是磁介质的存储设备,由一张张磁片叠加,用薄磁膜封装起来,通过磁头读写的。
比较古老的还有磁带,软盘,磁卡带等

光盘是数据光存储技术,使用激光技术存储技术,把溶解的聚碳酸酯树脂注入盘中,形成坑,把铝作为反射层加上去,读取的时候利用光反射来读取。这就是只读光盘的。
CD-RW是一种可重写光盘,用银,锢,锑和碲的合金作为材料,可以达到重写的目的。

非存储设备
非存储设备就是键盘,鼠标,打印机等


子系统之间的互联

CPU与外界的互联通过三条总线来达到的,分别是数据总线,地址总线,控制总线,三大总线分别负责数据,地址,控制指令的传递。
但是输入/输出设备不能直接和CPU与内存互联,因为输入/输出设备是光学,磁性,机电设备,而CPU与你内存是电子设备,输入/输出设备的传输速度慢,因此需要由中介来处理这种差异,中介被称之为控制器,比较常用的有:SCSI,火线,USB,HDMI等(多个同类型设备共用)。
控制器可以是串联,也可以是并联。控制器也可以是每个输入/输出设备独自带一个,也能使多个设备共用一个。

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