计算机组成原理 - 1

计算机发展简史

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计算机的分类

  1. 超级计算机:多用于国家高科技领域和尖端技术研究(航天),运算速度快。存储容量大。


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  2. 大型计算机: 已经不多见,高性能,可以处理大量数据和复杂运算。


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  3. 迷你计算机(服务器):也称小型机,普通服务器,有不错的算力。多个服务器组成分布式已经取代了大型机时代。成为企业计算的中枢

  4. 工作站:比个人计算机更强大的性能


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  5. 微型计算机: 个人计算机 最普通的计算机

计算机组成

冯诺依曼体系特点

  1. 计算机由运算器、控制器、存储器、输入\输出设备组成
  2. 将指令和数据都存储在存储器中
  3. 计算机能够长期记忆程序、数据、中间结果以及最终运算结果的能力
  4. 计算机具备算术、逻辑运算、数据传送、数据加工处理的能力

现代计算机都是冯诺依曼机

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冯诺依曼体系的瓶颈

冯诺依曼体系是将指令和数据都存储在存储器中,而运算是在运算器中,运算器和控制器组成了CPU,但是由于运算器运算速度快,存储器相对较慢,会导致两边效率不一致,CPU空转等待的现象。所以现代计算器都在冯诺依曼体系结构基础上进行了改进,解决CPU与存储设备之间的性能差异问题。
在CPU中增加自己的存储器(寄存器),CPU = 运算器 + 控制器 + 存储器

计算机组成 --- I / O设备

I/O (inpuit/output)是常见的输入输出设备:鼠标、键盘、画图板、打印机等。通过USB(通用串行总线)连接,进行数据交互

计算机总线

提供了对外连接的接口,不同设备通过USB接口连接


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总线可以分为:片内总线(芯片内部的总线)和系统总线(上图中的I/O总线)

一般总线可以分为控制总线(用来发送各种控制信号)和地址总线(用来寻找地址)、数据总线(用来发送数据的)。哪个设备使用总线是需要经过总线仲裁的。

I/O设备和CPU通信

I/O设备与CPU之间通信是通过中断系统来进行的。如果哪个设备需要使用cpu,则需要发出中断信号等待cpu响应。cpu会备份当前正在执行的主程序的数据,然后响应中断进行数据传输,完成传输后中断返回,控制权交回cpu。

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在cpu中有一个中断控制器,如果同时发出多个中断信号,由中断控制器来排队有序的递交给cpu执行。


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这样设计是为了最大效率的利用cpu,因为io设备的效率低,当一个打印机要使用时,cpu先会去执行启动打印机的命令,接着这段时间就可以继续进行主程序,等到打印机启动完毕,发出中断信号时再放下手中的工作响应中断信号进行数据传输。

计算机组成 --- GPU(图形处理器)

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计算机中显示器中的信息一直存放在某内存中,称为VRAM,只要给VRAM中写入信息就会显示在显示器中。在MR-DOS时代中这部分内存是在主存中的,但是在现代的计算机中,已经和主存独立了,存放在显卡中。显卡中不光有VRAM也有GPU。VRAM的大小决定能显示色彩颜色的数量。

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