经过两个月的课程,陈老师为我们讲到微机结构,以下是我在课上学习到的内容。主要是总线、CPU、控制器、微机指令系统、存储器和I/O接口。
计算机硬件的基本结构:运算器、存储器、控制器和输入输出设备。运算器和控制器合称为CPU(中央控制器),微机结构采用总线结构来实现相互之间的信息传送。
提到了总线,总线(Bus)是CPU、内存储器和I/O接口(主机)之间相互交换信息的公共通路,其工作方式是分时工作,即公共通道轮流使用。总线分三条,数据总线(双向总线),地址总线和控制总线。
还有CPU,引脚的组成,第一是三条总线,其次为电源(在引脚上显示为VCC、GND),最后是时钟信号(CLK)。CPU的四个功能:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。现代CPU的基本组成主要有:运算器、控制器和Cache(高速缓冲存储器)。
控制器的组成:程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器、时序产生器和操作控制器。
控制器的主要功能:1)从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。
2)对指令进行译码或者测试,并产生相应的操作控制信号,以便于启动规定动作(指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间数据流动的方向)
微机指令系统,计算机的程序是由一系列的机器指令组成的,指令是计算机执行某种操作的命令。计算机中所有的机器指令的集合就是计算机的指令系统,对其性能的要求就是完备性、有效性、规整性和兼容性。在之前学到,计算机语言分为低级语言和高级语言,低级语言分为机器语言(二进制语言)和汇编语言(符号语言),两者都是面向对象的语言,与具体机器的指令系统密切相关,还介绍到指令格式这个概念,表示一条指令的机器字。还介绍到微机的三种周期:
(1)指令周期:取出并执行一条指令的时间。
(2)机器指令:常用若干个CPU周期数来表示,用内存中读取一个指令字的最短时间来规定。
(3)时钟周期:一个CPU周期时间包含若干个时钟周期,由传入CUP的CLK引脚的方波周期信号确定。
三个周期之间的关系:一个指令周期由若干个机器周期组成,一个机器周期由若干个时钟周期组成。
存储器,对程序员来说,高速存储器是透明的,透明这个词很有意思,也就是说无论内部如何实现,提供的对外接口都是一致的,调用接口的人无需关心其内部实现原理。
存储器的分类:随机存储器:任何存储单元的内容都能被随机存取,存取时间和单元的物理位置无关。
顺序存储器:相反,只按照某种顺序存取,存取时间和物理位置有关。
随机只读存储器ROM:存储内容不变,只能读出而不能写入
随机读写存储器RAM:又能读出又能写入。
非永久记忆存储器:断电后信息即消失。 永久记忆存储器:断电后仍能保存信息(例如磁盘)
高速缓存存储器:以空间换取时间,但是空间牺牲不大。
I/O接口,是处于系统与外设之间,用来协助完成数据传送和传送控制任务的一部分电路。
I/O接口的功能:对输入输出数据进行缓冲、隔离和缓存,信号转换,I/O端口提供寻址功能,I/O接口为CPU和I/O设备之间提供联络。