1.1 计算机系统基础知识
1.1.1 计算机系统硬件基本组成
计算机系统是由硬件和软件组成的,它们协同工作来运行程序。
计算机的基本硬件系统由:
运算器、控制器、存储器、输入设备 和输出设备5大部件组成。
运算器、控制器等部件被集成在一起统称为中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)。
CPU 是硬件系统的核心,用于数据的加工处理,能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。
存储器,是:
计算机系统中的记忆设备,分为:
内部存储器和外部存储器。
前者速度高、容量小,一般用于临时存放程序、数据及中间结果。
而后者容量大,速度慢,可以长期保存程序和数据。
输入设备和输出设备合称为外部设备(简称外设),输入设备用于输入原始数据及各种指令,而输出设备则用于输出计算机运行结果。
1.1.2 中央处理单元
中央处理单元(CPU)是计算机系统的核心部件,它负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。
1、CPU 的功能
(1)程序控制。
(2)操作控制。
(3)时间控制
(4)数据处理
此外,CPU 还需要对系统内部和外部的中断(异常)做出响应,进行相应的处理。
2、CPU的组成
1)运算器
运算器有算数逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit ,ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器等组成。
(1) 执行所有的算术运算,例如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。
(2)执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试,例如与、或、非、零值测试或两个值得比较等。
运算器中各组成部件的功能:
(1)算术逻辑单元(ALU)。
ALU 负责处理数据,实现对数据的算术运算和逻辑运算。
(2)累加寄存器(AC)。英文(Accumulator Register)
AC通常简称为累加器,它是一个通用寄存器,其功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时,为ALU提供一个工作区。
(3)数据缓冲寄存器(DR)。英文(Data Register)
DR的主要作用为:作为CPU和内存、外部设备之间数据传递的中转站;作为CPU和内存、外围设备之间操作速度上的缓冲;在单累加器结构的运算器中,数据缓冲寄存器还可以兼作为操作寄存器。
(4)状态条件寄存器(PSW)。
PSW保存由算术指令和逻辑指令或测试的结果建立的各种条件码内容,主要分为状态标志和控制标志。
通常,一个算术操作产生一个运算结果,而一个逻辑操作产生一个判决。
2)控制器
运算器只能完成运算,而控制器用于控制整个CPU的工作,它决定了计算机运行过程的自动化。他不仅要保证程序的正确执行,而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。
指令控制逻辑要完成指令、分析指令和执行指令的操作,其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。
(1)指令寄存器(IR)。
(2)程序计数器(PC)。
(3)地址寄存器(AR)。
(4)指令译码(ID)。
3)寄存器组
寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。
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