第一章 计算机系统概述

第一章 计算机系统概述

1、基本构成

处理器：控制计算机的操作，执行数据处理功能

存储器：存储数据和程序，此类存储器通常是易失的

输入/输出部件：在计算机与外部环境之间移动数据，如硬盘

系统总线：为处理器、内存和输入/输出模块间提供通信的设施

2、微处理器的演变过程

微处理器 —->多核微处理器 —–>片上系统

3、指令的执行

处理器执行的程序是由一组保存在存储器中的指令组成的；

处理器从存储器中一次读取一条指令，然后执行每条指令；

取到的指令被放置在处理器的一个寄存器中->指令寄存器。

开始——>取下一条指令——>执行指令——>停止（如图1.2）

4、中断

所有计算机都提供了允许其他模块（IO，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

当外部设备做好服务的准备时（即当它准备好从处理器接受更多的数据时），该外部设备的IO模块给处理器发送一个中断请求信号。这是处理器会做响应，暂停当前程序的处理，专区处理服务于特定IO设备的程序，这个程序成为中断处理程序。在对该设备的服务响应完成后，处理器恢复原先的执行.

保存被中断程序的所有状态信息并在以后恢复这些信息，这是十分重要的。因为中断并不是程序调用的一个例程，它可以再任何时候发生，因而可以再用户程序执行过程中的任何一点上发生，他的发生是不可预测的。

多个中断时，第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断；第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断

下面中断的定义来自百度百科：

*中断的定义：*CPU在执行一个程序时，对系统发生的某个事件（程序自身或者外界因素）做出的一种反应：CPU暂停正在执行的程序去处理该事件，处理完该事件后，到适当时候返回断点，继续完成被打断的程序。

中断 = 中断响应 + 中断处理

5、存储器的层次结构

设计目标：多大的容量？多快的速度？多贵的价格

存储器的层次结构：寄存器-》高速缓存-》内存-》磁盘-》磁带

高速缓存：处理器执行指令的速度显然受到存储周期（从存储器中读一个字或写一个字到存储器中花费的时间）的限制，解决方法是利用局部性原理，即在处理器和内存之间提供一个容量小而速度快的存储器，成为高速缓存

6、针对IO操作的三种方式：

可编程IO-》处理器给相应IO模块发送命令，IO模块执行请求的动作，它并不进一步通知处理器，尤其是他并不中断处理器。因此处理器在执行IO指令后，还要定期检查IO模块的状态，以确定IO操作是否完成；

中断驱动IO-》由处理器给IO模块发送IO命令，然后处理器继续做其他一些有用的工作。当IO模块准备好与处理器交换数据时，它将打断处理器的执行并请求服务。处理器和前面一样执行数据传送，然后恢复处理器以前的执行过程；

直接内存存取-》当处理器要读或写一块数据时，它给DMA模块产生一条命令，发送以下信息（是否请求一次读或写，涉及的IO设备的地址，开始读或写的存储器单元，需要读或写的字数），之后处理器继续其他工作。处理器吧这个操作委托给DMA模块，由该模块负责处理。DMA模块直接与存储器交互，这个过程不需要处理器参与。当传送完成后，DMA模块发一个中断信号给处理器。因此只有在开始传送和传送结束时处理器才会参与。

7、多处理器和多核计算机组织结构

每条指令时以操作序列（取指，去操作数，执行操作，存储结果）的方式执行的

三种最流行的通过复制处理器提供并行性的手段：对称多处理器，多核计算机，集群