第五章 计算机组成

计算机的三个子系统：中央处理单元（CPU）、主存储器和输入/输出子系统。

中央处理单元

• CPU有三个组成部分：算术逻辑单元、控制单元、寄存器组。
• 算术逻辑单元控制三种操作：逻辑运算、移位运算、算术运算。
• 寄存器有三部分：数据寄存器、指令寄存器、程序寄存器。
• 控制单元控制各个子系统的操作。

主存储器

• 主存储器是存储单元的集合，每个存储单元有位移标识，称为地址。内存地址用无符号二进制整数定义。
  • 存储器的类型：

  1. RAM（随机存取存储器），断电后信息丢失。
     RAM分为静态(SRAM)和只读(DRAM)。
     SRAM用传统触发器门电路，速度快，但价格昂贵；
     DRAM使用电容器，速度慢但价格便宜。

  2. ROM(只读存储器)，断电后信息不会消失。
     PROM(可编程只读存储器)可用来存储特定程序。
     EPROM(可擦除可编程只读存储器)可用紫外光擦写。
     EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)用电子脉冲来编程和擦写。

输入/输出子系统

• 非存储设备：键盘、监视器、输出设备等。
• 存储设备：磁介质存储设备、光存储设备

子系统的互联

• CPU和存储器之间的连接：有三组线路连接在一起，分别是数据总线、地址总线和控制总线。
• I/O设备的连接：输入输出设备通过一种被称为输入/输出控制器或接口的器件连接到总线上。几种控制器：
  • 小型计算机系统接口(SCSI)
  • 火线
  • 通用串行总线(USB)
  • 高清晰度多媒体接口(HDMI)
• 输入输出设备的寻址是数据在CPU和输入输出设备中传送的过程，有两种寻址方法，分别是：I/O独立寻址和I/O存储器映射寻址。

程序执行

• CPU利用重复的机器周期来执行程序中的指令，一个周期包括三部分：取指令、译码和执行。

• 输入输出设备的运行比CPU要慢得多，有三种方法被设计用于控制同步，分别是：程序控制输入/输出、中断控制输入/输出、直接存储器存取。

不同的体系结构

• CISC—复杂指令计算机
• RISC—精简指令计算机
• 并行处理
  1. SISD(单指令流，单数据流)
  2. SIMD(单指令流，多数据流)
  3. MISD(多指令流，单数据流)
  4. MIMD(多指令流，多数据流)