前段時間剛學習了組成原理,對計算機硬體層熟悉了一下,現在作一下總結:
計算機硬體層,工作於計算機系統的最底層,其上層為作業系統層.它有著實實在在的樣子,看得著也摸得著.,它是真正的執行層,它接受上層傳送來的指令,並通過電訊號在數字邏輯電路裡的流動來執行指令,處理資料.當然,它下面也有一層抽象,就是數字邏輯電路,它們組成了計算機中的各個元件,如alu,觸發器,,解碼器,選擇器,分配器,暫存器,移位暫存器等.這裡我們不需要了解這些邏輯電路是怎麼工作的.
學習計算機,就不得不了解計算機的發展歷史,從20世紀40年代出現的電子計算機,後來出現的電晶體計算機,積體電路計算機,到現在的超大規模計算機,運算數度和儲存容量成數量級的變化.但是計算機的思想和體系結構始終都沒有發生變化,一直沿用最初的"馮.諾依曼計算機"思想.馮.諾依曼當初也是受織布機的影響發明了"馮諾依曼儲存計算機"思想,馮.諾依曼思想有以下特點:
1.計算機中只要改變程式就可以改變機器的作用,用於解決不同的問題.計算機仍在高速地發展,變化的只是執行速度,其體系仍然沒有改變.2.計算機中**和資料都用二進位制表示.
3.計算機由輸入裝置,輸出裝置,運算器,控制器,儲存器五大裝置組成.
4.採用儲存程式思想,在計算機執行之前,事先編制好程式,放入儲存器中,執行過程中,控制器按照事先編制好的程式自動,連續地執行.
上面講過計算機用運算器來運算資料,而且只提供了二種基本的運算:算術運算和邏輯運算.要解決乙個問題,有時需要輸入資料,以供運算器處理,將處理完的資料輸出讓人看到或獲得.那麼計算機系統就需要有輸入裝置和輸出裝置.計算機中還有用來儲存**和資料的儲存器.不管輸入裝置是獲得外界的資料,還是輸出裝置輸出資料,這些實現都必須依靠電訊號的流通來實現.那麼計算機就必須有乙個用來控制各個部件之間的協作,它就是控制器.還有就是怎樣把各個部件連線起來,當然可以將各個部件直接用導線交叉連線,但是很明顯這樣會帶來一系列的問題,因為如果要增加新的裝置,不得不將新裝置與當前的各個裝置都連起來.所以計算機採用了匯流排的方式,有利於擴充套件.
資料的運算是在cpu中實現的,cpu包括運算器和控制器.運算器的邏輯結構又包括alu(算術邏輯部件),通用暫存器,移位電路.控制器包括mar,mdr,指令暫存器(ir),指令解碼器,程式計數器(pc),微指令發生器,時序控制電路,時鐘控制電路.
計算機可以輸入資料,處理資料,輸出資料了,那麼它是怎麼自動,連續地執行的呢?
計算機啟動時,將一條指令載入記憶體,然後cpu從記憶體中取得這條指令,並執行它,pc指向下一條指令的位址,然後取下一條指令,再執行.如此反覆,直到計算機停止.事實上,計算機啟動時,往往是執行cmos裡的程式,它的目的是載入作業系統到記憶體,然後啟動作業系統,執行作業系統指令,只有啟動了作業系統,我們才可以執行其它的應用程式.這就是所謂的儲存程式思想.說到這裡,不得不提一下指令的概念,指令就是控制計算機執行某種操作的命令,很明顯它也是乙個抽象的概念,只要將指令暫存器中的指令進行解碼就可以執行各種各樣的操作,指令層已經包括了資料傳送指令,算術運算指令,移位操作指令,堆疊操作指令,字串處理指令,程式控制指令,輸入輸出指令,控制指令等,這就是所謂的機器指令.
下面接著說資料的儲存,計算機中資料是用儲存器來儲存的,不管是**還是資料.只是計算機中的儲存器不只乙個,而是乙個儲存器系統,它分成幾個層次,第一層:暫存器,第二層:cache高階快取.第三層:主存.第四層:輔存.不同的儲存器是為了滿足不同的需要.暫存器位於cpu中,它是用來存放cpu即將處理或處理完後的資料.cache是用來解決cpu和主存的速度不匹配的問題.主存是用來存放即將執行或者正在執行的**和資料.輔存是用來存放永久的資料.其中主存是作為程式執行最重要的部分.執行中的程式**和資料都儲存在主存中,cpu是靠獲取主存的位址來取得指令和資料的.
然後就是i/o系統,i/o系統是提供人機互動的重要介面.i/o系統由二部分組成,一是裝置,二是裝置控制器.裝置控制器負責將cpu的指令和資料轉換為裝置命令,控制裝置工作.cpu速度快,資料為二進位制編碼,而裝置速度慢,一般為ascii編碼,所以必須要有相應的邏輯部件來協調兩者之間的同步和工作.這就是裝置控制器的功能.或者稱為i/o介面.i/o介面一般包含以下幾個部分:1.資料暫存器組.2.狀態暫存器組.3.狀態字生成邏輯 4.控制暫存器 5.控制訊號生成邏輯.
cpu控制i/o的方式,cpu經常需要控制i/o來完成相應的任務,比如列印,就必須控制印表機.那麼cpu怎麼控制i/o的呢?
有兩種方式:
1.直接程式控制方式 這種方式需要不段地迴圈監測i/o的狀態,消耗cpu時間多
2.程式中段控制方式 這種方式不需要cpu主動地監測i/o狀態,而是i/o裝置主動地匯報當前的工作狀態.
以上只是個人的大概總結,忽略了很多細節,希望大家大膽提出錯誤,謝謝!
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