微機結構
經過兩個月的課程,陳老師為我們講到微機結構,以下是我在課上學習到的內容。主要是總線、CPU、控制器、微機指令系統、存儲器和I/O接口。
計算機硬件的基本結構:運算器、存儲器、控制器和輸入輸出設備。運算器和控制器合稱為CPU(中央控制器),微機結構采用總線結構來實現相互之間的信息傳送。
提到了總線,總線(Bus)是CPU、內存儲器和I/O接口(主機)之間相互交換信息的公共通路,其工作方式是分時工作,即公共通道輪流使用。總線分三條,數據總線(雙向總線),地址總線和控制總線。
還有CPU,引腳的組成,第一是三條總線,其次為電源(在引腳上顯示為VCC、GND),最后是時鐘信號(CLK)。CPU的四個功能:指令控制、操作控制、時間控制、數據加工。現代CPU的基本組成主要有:運算器、控制器和Cache(高速緩沖存儲器)。
控制器的組成:程序計數器(PC)、指令寄存器(IR)、指令譯碼器、時序產生器和操作控制器。
控制器的主要功能:1)從內存中取出一條指令,并指出下一條指令在內存中的位置。
2)對指令進行譯碼或者測試,并產生相應的操作控制信號,以便于啟動規定動作(指揮并控制CPU、內存和I/O設備之間數據流動的方向)
微機指令系統,計算機的程序是由一系列的機器指令組成的,指令是計算機執行某種操作的命令。計算機中所有的機器指令的集合就是計算機的指令系統,對其性能的要求就是完備性、有效性、規整性和兼容性。在之前學到,計算機語言分為低級語言和高級語言,低級語言分為機器語言(二進制語言)和匯編語言(符號語言),兩者都是面向對象的語言,與具體機器的指令系統密切相關,還介紹到指令格式這個概念,表示一條指令的機器字。還介紹到微機的三種周期:
(1)指令周期:取出并執行一條指令的時間。
(2)機器指令:常用若干個CPU周期數來表示,用內存中讀取一個指令字的最短時間來規定。
(3)時鐘周期:一個CPU周期時間包含若干個時鐘周期,由傳入CUP的CLK引腳的方波周期信號確定。
三個周期之間的關系:一個指令周期由若干個機器周期組成,一個機器周期由若干個時鐘周期組成。
存儲器,對程序員來說,高速存儲器是透明的,透明這個詞很有意思,也就是說無論內部如何實現,提供的對外接口都是一致的,調用接口的人無需關心其內部實現原理。
存儲器的分類:隨機存儲器:任何存儲單元的內容都能被隨機存取,存取時間和單元的物理位置無關。
順序存儲器:相反,只按照某種順序存取,存取時間和物理位置有關。
隨機只讀存儲器ROM:存儲內容不變,只能讀出而不能寫入
隨機讀寫存儲器RAM:又能讀出又能寫入。
非永久記憶存儲器:斷電后信息即消失。 永久記憶存儲器:斷電后仍能保存信息(例如磁盤)
高速緩存存儲器:以空間換取時間,但是空間犧牲不大。
I/O接口,是處于系統與外設之間,用來協助完成數據傳送和傳送控制任務的一部分電路。
I/O接口的功能:對輸入輸出數據進行緩沖、隔離和緩存,信號轉換,I/O端口提供尋址功能,I/O接口為CPU和I/O設備之間提供聯絡。
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