计算机组成基本硬件设备

网友投稿 554 2022-05-28

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计算机系统脑图

硬件组成架构

中央处理器(CPU)

存储器

输入/输出设备

总线

计算机系统脑图

硬件组成架构

存储器:实现记忆功能的部件,用来存放程序及参与运算的各种数据。

运算器:负责数据的算术运算和逻辑运算。

控制器:负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入、输出操作或内存访问。

输入设备:实现程序和原始数据的输入。

输出设备:实现计算结果输出。

中央处理器(CPU)

运算器组成:

算术逻辑单元(ALU)

通用寄存器组(R1 ~Rn)

多路选择器(Mn)

标志寄存器(FR)

控制器组成:

时标发生器(TGU)

主脉冲振荡器(MF)

地址形成器(AGU)

程序计数器(PC)

指令寄存器(IR)

指令译码器(ID)

总线:

数据总线(DBUS)

地址总线(ABUS)

控制总线(CBUS)

CPU 主要性能指标:

主频:CPU 内部工作的时钟频率,是 CPU 运算时工作频率。

外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍称为外频。

计算机组成的基本硬件设备

信频:CPU 主频 = 信频 * 外频。

倍频:CPU 主频 = 倍频 * 外频。

基本字长:CPU 一次处理的二进制数的位数。

地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了 CPU 可以访问的存储器的容量。不同型号的 CPU 总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样。

数据总线宽度:数据总线宽度决定了 CPU 与内存、输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

存储器

计算机存储是存放数据和程序的设备。

高速缓冲存储器:高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元。

主存储器(内存):直接与 CPU 交换信息,由半导体存储器组成。主存储器是能由 CPU 直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据而不能长久保存数据。

存储体(MPS):由存储单元组成(每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数),每个单元有一个编号称为存储单元地址(地址),通常一个存储单元由 8 个存储元件组成。

地址寄存器(MAR):由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配(即容量为 1K,长度为 2^10=1K)。

地址译码器和驱动器

数据寄存器(MDR):数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据(数据存储器的宽度(w)应与存储单元长度相匹配)。

辅助存储器(外存):存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息。可由磁带机、磁带盘及光盘组成。

虚拟存储器:建立在主存~辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系。它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间。因为实际上 CPU 只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为 “虚拟存储器”。

输入/输出设备

输入输出设备接口:

数据传送:串行口; 并行口; 程序型接口; DMA型接口。

通用性:通用接口; 专用接口。

功能选择:可编程接口; 不可编程接口。

输入输出控制方式:

直接存储器存取方式

输入输出处理机方式

程序查询方式:

中断控制方式:

总线

连接计算机各部件之间的一束公共信息线,它是计算机中传送信息代码的公共途径。

传送分类:

串行总线:一位一位的传送二进制的总线。

并行总线:一次能同时传送多个二进制位数的总线。

信息分类:

数据总线:在中央处理器与内存或 I/0 设备之间传送数据。

地址总线:用来传送计算单元或 I/O 设备接口信息。

控制总线:负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息。

对象位置分类:

片内总线:指计算机各芯片内部传送信息的通道

外部总线:微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连

系统总线:微机中各插件与系统板

单片机

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