计算机硬件及组成原理中文版 计算机硬件及组成原理.docx

第一章 硬件体系结构简介

磁盘驱动

显示器

程序控制

数据操纵

网络

键盘

操作系统

应用程序

驱动器

基本输入输出系统(BIOS)

中央处理单元(CPU)

计算机

存储器

输入/输出

计算机的抽象观察。三个主要要素是：控制和数据处理器，输入输出设备(即I/O器件)以及运行于机器上的程序。

用户接口(命令)

物理硬件

软件驱动程序，固件及BIOS

操作系统

应用程序

根据系统的抽象级别表示计算机

可将计算机硬件看作是由4个基本部件组成的：

1． 输入设备：鼠标，键盘，麦克风，磁带，调制解调器及网络等组件。

2． 输出设备：包括显示器，磁盘，调制解调器，声卡和喇叭及网络等组件。

3． 存储系统：包括内部和外部高速缓存，主存储器，视频存储器及磁盘。

4． 中央处理器(CPU)：包括算术和逻辑单元(ALU)，控制系统及总线。

总线

总线是计算机的神经系统，它们连接着计算机内外的各种功能块。在计算机内部，一个总线就是一组类似的信号线。奔腾处理器就有一个32位地址总线和一个32位数据总线。一台典型的计算机有3个总线：一个用于存储器地址，一个用于数据，一个用于状态(管理和控制)。

存储器

计算机存储器是用来存储程序代码(指令)和变量(数据)的地方。我们可以基于速度将存储器描述成层次化的。最快的存储器也是最靠近CPU的存储器。因此，CPU就可能有少量的片上数据寄存器或存储地址，几千的片外cache存储器地址，几百万片的主储存器地址，以及几十亿的磁盘存储地址。

动态随机存储器DRAM，占据PC存储器的统治地位。特征是：它必须经常地被访问，否则将丢失存储数据。

静态RAM(SRAM)

静态随机存储器：

1. 我们可以从芯片中读取数据或将数据写入芯片。

2. 一旦相应的单元地址被提交给芯片，芯片中的任何存储单元就可在任何时间被访问。

二级cache(L2)

256KB—4 MB (10ns)

主储存器

64MB—1024 MB (ns)

硬盘驱动器

50G—250 GB (100 000ns)

磁带备份10GB—10TB (S)

因特网

无限的(min)

CPU

初级cache(L1) 64KB-1MB(1ns)

3. 只要存储器加上电源，我们就只需要提供SRAM单元的地址，再加上一个读或者写的信号，就能访问或修改单元中的数据。这与DRAM单元的维护数据完整性的要求有很大不同。

存储器层次

B:字节，八个比特位

存储器层次。注意存储器大小和访问时间之间的反比关系

复杂指令集计算机(CISC)体系结构和精简指令集计算机(RISC)体系结构

复杂指令集计算机体系结构：冯诺依曼体系结构，指令存储器和数据存储器共享同一个物理存储空间，会导致外部地址和数据总线是同一个，必须提供双重服务，、：为执行程序二从存储器向处理器传送指令，为存储和检索程序变量而从/向存储器移动数据。

精简指令集计算机体系结构：经典的哈佛体系结构，拥有两个完全分开的存储空间，一个同于指令，一个用于数据。

1.3数制

现代数字计算机采用的是二进制数制，采用这种数制的原因是：这种在其数字的自然序列中只有两个数字的数制有助于硬件系统利用开关来指示电路是处于“1”状态还是处于“0”状态。

二进制值 电路值 逻辑值

0 OFF FALSE

1 ON TRUE

基数

基数2 0,1 二进制

基数8 0,1,2,3,4,5,6,7 八进制

基数10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 十进制

基数16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 十六进制

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