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计算机系统脑图

硬件组成架构

• 存储器：实现记忆功能的部件，用来存放程序及参与运算的各种数据。
• 运算器：负责数据的算术运算和逻辑运算。
• 控制器：负责对程序规定的控制信息进行分析，控制并协调输入、输出操作或内存访问。
• 输入设备：实现程序和原始数据的输入。
• 输出设备：实现计算结果输出。
  
  

中央处理器（CPU）

运算器组成：

• 算术逻辑单元（ALU）
• 通用寄存器组（R1 ~Rn）
• 多路选择器（Mn）
• 标志寄存器（FR）

控制器组成：

• 时标发生器（TGU）
• 主脉冲振荡器（MF）
• 地址形成器（AGU）
• 程序计数器（PC）
• 指令寄存器（IR）
• 指令译码器（ID）

总线：

• 数据总线（DBUS）
• 地址总线（ABUS）
• 控制总线（CBUS）

CPU 主要性能指标：

• 主频：CPU 内部工作的时钟频率，是 CPU 运算时工作频率。
• 外频：主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供的节拍称为外频。
• 信频：CPU 主频 = 信频 * 外频。
• 倍频：CPU 主频 = 倍频 * 外频。
• 基本字长：CPU 一次处理的二进制数的位数。
• 地址总线宽度：地址总线宽度（地址总线的位数）决定了 CPU 可以访问的存储器的容量。不同型号的 CPU 总线宽度不同，因而使用的内存的最大容量也不一样。
• 数据总线宽度：数据总线宽度决定了 CPU 与内存、输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

存储器

计算机存储是存放数据和程序的设备。

高速缓冲存储器：高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元。

主存储器（内存）：直接与 CPU 交换信息，由半导体存储器组成。主存储器是能由 CPU 直接编写程序访问的存储器，它存放需要执行的程序与需要处理的数据，只能临时存放数据而不能长久保存数据。

• 存储体（MPS）：由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件，每个元件可存一位二进制数），每个单元有一个编号称为存储单元地址（地址），通常一个存储单元由 8 个存储元件组成。
• 地址寄存器（MAR）：由若干个触发器组成，用来存放访问寄存器的地址，且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为 1K，长度为 2^10=1K）。
• 地址译码器和驱动器
• 数据寄存器（MDR）：数据寄存器由若干个触发器组成，用来存放存储单元中读出的数据，或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据（数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配）。

辅助存储器（外存）：存放当前不立即使用的信息，它与主存储器批量交换信息。可由磁带机、磁带盘及光盘组成。

虚拟存储器：建立在主存~辅存物理结构基础之上，由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系。它将主存与辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间。因为实际上 CPU 只能执行调入主存的程序，所以这样的存储体系成为 “虚拟存储器”。

输入/输出设备

输入输出设备接口：

• 数据传送：串行口; 并行口; 程序型接口; DMA型接口。
• 通用性：通用接口; 专用接口。
• 功能选择:可编程接口; 不可编程接口。

输入输出控制方式：

• 直接存储器存取方式
• 输入输出处理机方式
• 程序查询方式：
  
• 中断控制方式：
  

总线

连接计算机各部件之间的一束公共信息线，它是计算机中传送信息代码的公共途径。

传送分类：

• 串行总线：一位一位的传送二进制的总线。
• 并行总线：一次能同时传送多个二进制位数的总线。

信息分类：

• 数据总线：在中央处理器与内存或 I/0 设备之间传送数据。
• 地址总线：用来传送计算单元或 I/O 设备接口信息。
• 控制总线：负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息。

对象位置分类：

• 片内总线：指计算机各芯片内部传送信息的通道 <I^2C总线,SPL总线,SCI总线>。
• 外部总线：微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连 <ISA总线,EISA总线,PCI总线>。
• 系统总线：微机中各插件与系统板 <USB总线,IEEE-488总线,RS-485总线,RS-232-C总线>。

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