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《計(jì)算機(jī)硬件及組成原理》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、第一章硬件體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介磁盤驅(qū)動(dòng)顯示器程序控制數(shù)據(jù)操縱網(wǎng)絡(luò)鍵盤操作系統(tǒng)應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng)器基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)中央處理單元(CPU)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器輸入/輸出計(jì)算機(jī)的抽象觀察。三個(gè)主要要素是:控制和數(shù)據(jù)處理器,輸入輸出設(shè)備(即I/O器件)以及運(yùn)行于機(jī)器上的程序。用戶接口(命令)物理硬件軟件驅(qū)動(dòng)程序,固件及BIOS操作系統(tǒng)應(yīng)用程序根據(jù)系統(tǒng)的抽象級(jí)別表示計(jì)算機(jī)可將計(jì)算機(jī)硬件看作是由4個(gè)基本部件組成的:1.輸入設(shè)備:鼠標(biāo),鍵盤,麥克風(fēng),磁帶,調(diào)制解調(diào)器及網(wǎng)絡(luò)等組件。2.輸出設(shè)備:包括顯示器,磁盤,調(diào)制解調(diào)器,聲卡和喇叭及網(wǎng)絡(luò)等組件。3.存儲(chǔ)系統(tǒng):包括內(nèi)部和外部高速緩存,主存儲(chǔ)器,視頻存儲(chǔ)器及磁盤。
2、4.中央處理器(CPU):包括算術(shù)和邏輯單元(ALU),控制系統(tǒng)及總線??偩€總線是計(jì)算機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng),它們連接著計(jì)算機(jī)內(nèi)外的各種功能塊。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部,一個(gè)總線就是一組類似的信號(hào)線。奔騰處理器就有一個(gè)32位地址總線和一個(gè)32位數(shù)據(jù)總線。一臺(tái)典型的計(jì)算機(jī)有3個(gè)總線:一個(gè)用于存儲(chǔ)器地址,一個(gè)用于數(shù)據(jù),一個(gè)用于狀態(tài)(管理和控制)。存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)程序代碼(指令)和變量(數(shù)據(jù))的地方。我們可以基于速度將存儲(chǔ)器描述成層次化的。最快的存儲(chǔ)器也是最靠近CPU的存儲(chǔ)器。因此,CPU就可能有少量的片上數(shù)據(jù)寄存器或存儲(chǔ)地址,幾千的片外cache存儲(chǔ)器地址,幾百萬(wàn)片的主儲(chǔ)存器地址,以及幾十億的磁盤存儲(chǔ)
3、地址。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM,占據(jù)PC存儲(chǔ)器的統(tǒng)治地位。特征是:它必須經(jīng)常地被訪問,否則將丟失存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。靜態(tài)RAM(SRAM)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器:1.我們可以從芯片中讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入芯片。2.一旦相應(yīng)的單元地址被提交給芯片,芯片中的任何存儲(chǔ)單元就可在任何時(shí)間被訪問。二級(jí)cache(L2)256KB—4MB(10ns)主儲(chǔ)存器64MB—1024MB(ns)硬盤驅(qū)動(dòng)器50G—250GB(100000ns)磁帶備份10GB—10TB(S)因特網(wǎng)無(wú)限的(min)CPU初級(jí)cache(L1)64KB-1MB(1ns)3.只要存儲(chǔ)器加上電源,我們就只需要提供SRAM單元的地址,再加上一個(gè)讀或者寫的信
4、號(hào),就能訪問或修改單元中的數(shù)據(jù)。這與DRAM單元的維護(hù)數(shù)據(jù)完整性的要求有很大不同。存儲(chǔ)器層次B:字節(jié),八個(gè)比特位存儲(chǔ)器層次。注意存儲(chǔ)器大小和訪問時(shí)間之間的反比關(guān)系復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)體系結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu):馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共享同一個(gè)物理存儲(chǔ)空間,會(huì)導(dǎo)致外部地址和數(shù)據(jù)總線是同一個(gè),必須提供雙重服務(wù),、:為執(zhí)行程序二從存儲(chǔ)器向處理器傳送指令,為存儲(chǔ)和檢索程序變量而從/向存儲(chǔ)器移動(dòng)數(shù)據(jù)。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu):經(jīng)典的哈佛體系結(jié)構(gòu),擁有兩個(gè)完全分開的存儲(chǔ)空間,一個(gè)同于指令,一個(gè)用于數(shù)據(jù)。1.3數(shù)制現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)采用
5、的是二進(jìn)制數(shù)制,采用這種數(shù)制的原因是:這種在其數(shù)字的自然序列中只有兩個(gè)數(shù)字的數(shù)制有助于硬件系統(tǒng)利用開關(guān)來指示電路是處于“1”狀態(tài)還是處于“0”狀態(tài)。二進(jìn)制值電路值邏輯值0OFFFALSE1ONTRUE基數(shù)基數(shù)20,1二進(jìn)制基數(shù)80,1,2,3,4,5,6,7八進(jìn)制基數(shù)100,1,2,3,4,5,6,7,8,9十進(jìn)制基數(shù)160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F十六進(jìn)制