作为通信专业学生,最近专业课老师在讲单片机原理,与计算机专业的计算机组成原理触类旁通,因此,简单的了解了一下计算机组成原理这门课(通过哈工大--刘宏伟老师的网课),并把自己的学习内容分享出来。

从软硬件角度划分计算机:

 从物理构成角度理解计算机(9层):

第1层:Physics(物理层)

第2层:Devices(器件层)

第3层:Analog Circuits(模拟电路层)

第4层:Digital Circuits(数字电路层)

第5层:Logic(逻辑层)

第6层:Micro-architecture(微结构层)

第7层:Architecture(体系结构):将逻辑组件组合在一起以实现体系结构中定义的指令。

第8层:Operating Systems(操作系统)

第9层:Application Software(应用软件)

计算机系统的层次结构

 现代计算机硬件框图

 冯诺依曼体系机构六大特点 

冯诺依曼结构:计算机时存储机构计算机,数字与程序都是以二进制的方式存储在计算机中。

1)计算机由五大部件组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

2)指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址访问。

3)指令和数据用二进制表示

4)指令由操作码和地址码组成

5)存储程序

6)以运算器为中心

计算机硬件的主要技术指标

1)机器字长:CPU一次能处理数据的位数(与CPU的寄存器位数有关)。

2)运算速度

3)存储容量(存放二进制信息的总位数)

A.主存容量(内存)

B.辅存容量 (外存:硬盘、U盘、光盘等)

CPU的结构及功能

1)控制器

2)运算器

实现算术运算和逻辑运算

计算机存储设备的理解

1)存储金字塔

2)缓存

为什么会出现缓存?

CPU和主存的速度存在差异;在CPU同时处理很多数据,而又不能同时进行所有数据的传输的情况,把优先级低的数据暂时放入缓存中,等优先级高的数据处理完毕后再把他们从缓存中拿出来进行处理,而不是访问速度较慢的内存,当然,如需要的数据在Cache中没有,CPU会再去读取内存中的数据;避免了CPU"空等"的现象。

 缓存的改进:增加缓存的级数

3)主存(内存)

主存就是内存;是直接与CPU交换信息的存储器,指CPU能够通过指令中的地址码直接访问的存储器,

1)ROM

即只读存储器,是一种之恶能读出实现所存数据的固态半导体存储器;ROM所存数据稳定,断电后所存数据也不会改变。重要特性:在一次性写入后,只能读出,不能再写入。

对于ROM来说,是不是就是硬盘呢?不是说ROM只可以读吗?必须明确一点,RAM和ROM都是内存,而硬盘是外存,所以ROM不等于硬盘。

2)RAM

即随机存储器,是与CPU直接交换数据的内部存储器;断电时将丢失器存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
RAM和ROM相比,两者最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失,而ROM不会自动消失,可以长时间断电保存。重要特性:可以随时读写,速度快。

3)ROM、RAM和硬盘比较

ROM是只读存储器,相对的RAM是随机存储器,他们都是内存储器。而硬盘(HDD)是外存储器的一种。他们完全不是一个概念。

内存和外存的最大区别有两个:

一、内存需要供电才能存储数据,一旦断电则会造成数据丢失,而外存存储则不需要供电;

二、内存的读写速度要远高于外存。ROM之所以被称为只读存储器,是因为通过一般的方法是无法写入或修改数据的,只能读出;而RAM则可以实现随机存取。

4)辅存 (外存)

特点:不直接与CPU交换信息

5)速度比较

CPU > 缓存(Cache) > 主存 > 辅存

4)总结

CPU不和外设打交道,直接与内存打交道

外设不和CPU打交道,直接和内存打交道

内存是计算机数据的核心。

但是我们发现控制器可以直接和外设,内存打交道。

冯诺依曼结构,从硬件上就决定了,外设数据必须先经过内存在到CPU,CPU数据必须经过内存再到外设。为以后计算机的发展打下基础。操作系统就是通过这一性质搭载到计算计算机硬件上的。
 

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