计算机硬件系统

1.2计算机硬件系统

计算机硬件系统的组成

• *处理器
  #运算单元
  #控制单元
• 主存储器
• 外围设备
  #输出设备
  #输入设备
  #存储设备
  #网络通信设备
• 总线
  

存储程序计算机

• 冯·诺依曼等人在1946年总结并明确提出，被称为冯诺依曼·计算机模型
• 存储程序计算机在体系结构上主要特点
  #以运算单元为中心，控制流由指令流产生
  #采用存储程序原理，面向主存组织数据流
  #主存是按地址访问、线形编址的空间
  #指令由操作码和地址码组成
  #数据以二进制编码

存储程序计算机的机构

• 当今计算机硬件的经典结构和主流组织方式

总线及其组成

• 总线（Bus）是计算及各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是CPU、内存、输入输出设备传递信息的公用通道
• 计算机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过相应的接口再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统
• 按照所传输的信息种类，总线包括一组控制线、一组数据线和一组地址线

总线的类型

• 内部总线：用于CPU芯片内部连接各元件
• 系统总线：用于连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件
• 通信总线：用于计算机系统之间通信
  

*处理器（CPU）

• *处理器是计算机的运算核心（Core）和控制单元（Control Unit），主要包括：
  #运算逻辑部件：一个或多个运算器
  #寄存器部件：包括通用寄存器、控制与状态寄存器，以及高速缓冲存储器（Cache）
  #控制部件：
  #实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线
  #负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执行操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件

处理器与寄存器

• 运算单元
• 控制单元
• 内部总线
• PC（程序计数器）/IR（指令暂存器）/Flag（标志寄存器）
• MAR（内存地址寄存器）/MDR（内存数据寄存器）
• 寄存器
• Cache（高速缓冲存储器）
• IOAR/IODR
  

存储器的组织层次

外围设备及其控制

• 设备类型
  #输入设备
  #输出设备
  #存储设备
  #机机通信设备
• 设备控制方式
  #轮询方式：CPU忙式控制，CPU执行内存数据交换
  #中断方式：CPU启动外设，外设中断CPU，CPU执行内存数据交换
  #DMA方式：CPU启动DMA，DMA执行输入输出与内存数据交换，DMA中断CPU