计算机系统的组成(了解计算机系统的结构)

计算机系统由以下子系统组成，包括中央处理器、主存储器、输入输出设备和总线。下图是计算机系统的结构图

计算机系统形成

一、中央处理器

中央处理器结构

中央处理器从存储器中读取程序和数据，执行程序，并在执行程序后将数据输出到主存储器。

一个中央处理器通过一个时钟产生一个固定间隔的连续电脉冲流，当每个时钟周期到来时，它将执行一个机器指令(在极端情况下)。时钟的单位是时钟频率，即赫兹，一般在1兆赫到4.5千兆赫之间。例如，1GHz的时钟频率可以意味着1ns的时钟周期。

CPU主要由寄存器(PC寄存器(程序计数器)深圳生活网、地址寄存器、数据寄存器、指令寄存器、条件寄存器、通用类寄存器等组成。)，控制单元，算术逻辑单元，多路复用器，高速缓存等。

1.1注册

PC寄存器用于存储下一条要执行的程序指令的存储地址。每次执行一条指令时，存储器地址都存储在地址寄存器中，然后指向下一个指令地址。

地址寄存器用于存储要访问的当前存储器地址，并访问高速缓存或主存储器中的程序指令或数据

数据寄存器用于临时存储深圳生活网缓存或主存中的指令或数据

指令寄存器用于存储当前正在执行的程序指令

条件寄存器用于存储当前操作的条件表达式的结果

通用类寄存器用于存储从程序指令的操作数获得的数据或存储器地址。

1.2控制单元CU

用于解码程序指令，分析操作数，根据指令和运算数据进行调度，主要目的是解码指令和执行指令。

1.3算术逻辑单元

用于加减和布尔逻辑运算，输出运算结果、条件码、溢出标记、进位标记等。

1.4缓存

SRAM一般用于缓存，存储效率比主存快几百倍。为了减少CPU时钟周期的浪费，将最近热点的程序指令或数据存储在缓存中。

事实上，在一个更大更慢的设备前添加一个更小更快的缓冲区可以提高这个慢设备的访问效率，如下图所示

存储设备缓冲层次结构

CPU直接从寄存器获取数据，寄存器可以从L1缓存获取数据。如果L1无法获取数据，可以继续从L2缓存获取数据，以此类推，每次优先从最近、更快的设备获取数据。

二.存储器(主存储器动态随机存取存储器)

内存用于存储程序和数据，有两种架构

哈佛建筑

程序和数据由两个存储器分开存储

冯·诺依曼架构

程序和数据存储在一个公共内存中，这是目前的主流

三.输入输出设备

包括输入输出控制器或适配器以及输入输出设备本身。

控制器一般集成在电路板上，如USB控制器、磁盘控制器等。适配器通常插入电路板的插槽中，例如图形适配器。控制器和适配器的功能相似。深圳生活网提供硬件接口，接受操作系统指令，控制IO设备，读写等。因此，对于操作系统来说，它不知道它连接到什么设备，因为它只处理控制器或适配器。通常，控制器或适配器是标准化的，例如，SATA磁盘控制器是标准化的，并且任何SATA磁盘都可以适应SATA磁盘控制器。

四.公共汽车

CPU、内存和IO设备通过各种总线进行通信，所有的总线类型不一定都一样。例如，PC主板上的PCIE总线用于访问高速IO设备，而USB总线用于访问慢速IO设备，因此可以采用一些总线扩展接口或桥接技术来保证不同类型总线之间的数据交换。

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