【计算机原理】基本组件

计算机作为现代软件系统和信息技术的基石，非常有必要了解其组成原理。下边就计算机组成原理做一些学习。

一.什么是计算机

1.计算机的一般定义是：是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成。【从定义看出，计算机最基本的功能就是进行计算】

2.计算机的组成：

3.硬件方面：

主板：主机中的的核心是主板，作为一个载体，将cpu，总线，以及管理接口的器件（称为桥）组装在一起，从而形成宏观的主机系统.

（1）PC的主板一般有芯片组（1~3块芯片，一般有两块即北桥芯片和南桥芯片）和相应部件的插槽（如内存条）构成;

（2）北桥芯片作用：

北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。
       1）.决定主板的规格，对硬件的支持以及系统的性能
       2）.连接着cpu，内存和AGP总线（连接显卡）；
       3）.决定主板支持哪种处理器，支持何种显卡，支持什么频率的内存条；
       4）.工作频率高，发热大，一般都覆盖着散热片；起主导作用，称为主桥；芯片组的名称一般以北桥的名称来命名的。

（3）南桥芯片：

      1）.南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器，键盘控制器、实时时钟控制器、高    级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。
　  2）.决定主板的接口，该芯片提供各种接口（如串口，USB），PCI总线，串行ATA（接硬盘，光驱），PCIE总线（接声卡，    RAID卡，网卡等）都归南桥芯片控制。

PC主板结构图：

主板这些器件，显示计算机系统的外部特性，而计算机真正的处理原理的了解就要深入了解相应的器件---CPU。

4.CPU:cpu是由控制器，计算器，寄存器组成，因此可以知道cpu的功能：

  (1).控制功能：

      1）指令控制（保证程序顺序执行）；
      2）操作功能：程序执行时变成若干条指令，这些指令按照顺序执行；而一条指令完成需要若干个微操作命令信号，通过这些微操做信号作用于CPU内部和外部的不同部件上，完成指令的功能。CPU必须按照每条指令功能要求，产生操作信号并对信号进行控制，从而完成每条指令说要求的操作。从而实现程序的功能。
     3）时间控制：CPU 控制指令执行过程中信号加载的顺序。
  (2).计算功能：

  (3).数据加工：对数据进行算术，逻辑运算

（4）中断处理：

5.cpu是怎样控制硬件部件从而执行程序的

     首先，高级语言编写的程序通过编辑，编译，链接，而形成二进制文件。每条二进制指令在CPU内执行,当所有的二进制指令自行完成时，该程序的任务就完成了。执行每条二进制指令时CPU需要控制相应的部件（如加法器），来完成指令的功能。而部件作为硬件，需要相应的电信号（高低电压表示0和1）来进行工作，而每条微指令对应相应的电信号；可以知道，cpu里识别的微指令的数目是一定的（即指令集），只是不同的指令需要不同的微指令组合然后就能实现各种功能。每条指令需要若干条的微指令，来完成功能，而这些指令的执行都是需要cpu管理，CPU通过将二进制的指令分解成相应的若干条微指令，通过控制相应的部件进行协作，从而完成每条二进制指令的功能.

     我们可以将见到的PC按照这样从整体到局部的方式划分，从而很容易了解每部分的组成和原理。这里大致知道了主机的组成部分，以及CPU的内部工作原理和结构。深入了解CPU的话，需要进一步了解CPU的各个部件的内部结构，和工作原理。

6.CPU组成

   （1）PC:程序计数器：  用于存放下一条指令的内存地址；
   （2）IR：指令寄存器： 存放正在执行的指令；
   （3）PSW：程序状态字： 存放指令执行结果状态以及一些特定的标志；
        标志包括： CF(进位)，OF（溢出），ZF（零标志），SF（符号标志），IF(中断标志)
   （4）时序部件：产生时序信号
   （5）控制命令产生器：指令执行过程中，根据指令操作吗，产生内部，外部控制信号，在这些型号的控制下完成功能。
   （6）AR（单向地址寄存器），DR（双向地址寄存器），与外部系统通信的总线
   （7）对外部中断INT，直接存储器DMA请求及响应部件

以上是ＣＰＵ的主要构成部件，要让这些部件构成系统协调的工作，必定需要在相互之间传递信号命令，这则需要数据通路。

7.数据通路
(1). 数据在CPU个功能部件之间传递的路径，实现这CPU内部运算器，控制器，寄存器等功能部件之间的数据通信；
(2).数据通路描述了信息从什么地方出发，中间经过什么部件，最后到达哪个部件。而每一步传递都需要控制信号，该控制信号由信号产生器产生；
(3).有两种形式：
   1）总线结构：单总线结构：容易产生总线竞争；
                          可采用双总线，三总线的结构来可降低总线竞争。
   2）专用数据通路：复杂，占据资源多

                                                                                                                                                                            写于：【2013-11】