【IT】我是计算机系统大师（一）——硬件基本组成

一、开篇大话

      小编走火入魔了，突然想写一写计算机硬件的一些知识，这是第一篇，没有错，您会跟着小编进入一个翻天覆地的世界，去他妹的乱七八糟的知识点，小编从基础搞起，让大家和小编一起进步！！

二、正题开始

2.1 什么是计算机系统？

      相信大家肯定见过电脑，这个就统称为计算机。看到过电脑的显示器、主机、鼠标、键盘等，这些组装在一起就是我们所说的计算机了。

                                                    图一 计算机硬件

      计算机硬件分为：运算器、控制器、存储器、输入、输出。

      其中运算器和控制器等部件集成在一起统称为中央处理单元，又叫CPU。它对于一个计算机来说，就相当于人类的大脑，可以程序控制、操作控制、时间控制、数据控制等，它是由运算器、控制器、寄存器组和总线等部件组成。

2.2 运算器

                                                    图二 运算器

      作用：处理逻辑运算，处理算数运算

      组成：算数逻辑单元（ALU），累加寄存器，数据缓冲寄存器。

        算数逻辑单元：处理数据，处理逻辑运算+算数运算        累加寄存器：运算时，为ALU提供一个空间        数据缓冲寄存器：CPU、内存、外设之间数据中转站。

2.3 控制器

      前面介绍了运算器，他就是一个算数的。而控制器是一个控制整个CPU工作的部件，他可以控制先运行那个、后运行那个~~从而保证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。

      组成：指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑。

        指令控制逻辑：取指令，分析指令，执行指令。        时序控制逻辑：为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。        总线控制逻辑：对多个部件提供信息通路。        中断控制逻辑：控制中断请求。

      为了完成上面的功能，在硬件用就存在下面的一些硬件：

                                                    图三 控制器

                                                    图四 CPU指令分析图

      处理流程：当执行一条指令时，先把指令从内存取到运算器的缓冲寄存器中，再送到IR中此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。

    指令寄存器：存放当前从主存储器读出的正在执行的一条指令。对用户完全透明。    程序计数器：存放总是程序要执行的下一条指令。    地址寄存器：CPU所访问的内存单元的地址。    指令译码器：对指令操作码进行分析解释，识别操作，向控制器发送具体控制信号，控制各个部件完成功能。

2.4 寄存器组

      分类：专用寄存器+通用寄存器

    专用寄存器：控制器和运算器中的寄存器，作用固定。    通用寄存器：用途广泛，程序员可以自己设定功能，数目可变。

2.5 总线

                                                    图五 总线

      一张图胜过千言万语，计算机硬件部分是通过总线方式互连的，可以很方便的扩充部件。

      定义：任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线。

      分类有三：内部、外部、系统。

    内部总线：集成电路连接    系统总线：插件板一级的连接，eg：主板，cpu，接口。    外部总线：通信总线，用于设备之间的信息交换。

2.6 存储器

                                                图五  存储系统

      存储系统可以说是计算机组件中的一个老大哥的地位了，作用也十分的重要，可以说计算机如果没有了存储器，就等同于人类没有了记忆，这里指的记忆包括长期记忆、短期记忆、瞬间记忆等。由此可见，存储器对于一台计算机来说是多么的重要。

• 按寻址方式分的三种情况：随机存储器、顺序存储器、直接存储器。

  ①随机存储器：对任何存储单元存入或读取数据，访问任何单元所需的时间是相同的。②顺序存储器：存储时间与位置有关系。磁带~~③直接存储器：磁盘，对磁道寻址是随机的，在磁道内寻址是顺序寻址。

• 相联存储器：按内容存储；

• 高速缓存：存放当前活跃的程序和数据，对程序员透明。

• 虚拟存储器：主存和辅存之间的调度。

  管理方式：

  ①页式虚拟存储器②段式虚拟存储器③段页式虚拟存储器

• 外存储器：存放暂时不用的程序和数据，eg:磁盘存储器、光盘存储器

• 磁盘阵列技术：由多台存储器组成的一个快速、大容量、高可靠的外存子系统。具体了解，请跳转《【IT技术】RAID，让几块机械硬盘战胜固态硬盘 》

2.7 输入输出

                                                    图六 输入输出

• 内存与接口编址

          ①独立编址：内存地址和接口地址完全独立且互相隔离。方便使用辨认。        ②统一编址：内存指令全部可以用于接口，增加了接口操作功能，不区分内存和接口指令。访问与访存类似。

• 直接程序控制

          执行过程是由CPU执行程序控制的。

• 中断方式

          CPU定期查询IO系统的状态，确认是否完成。方法：        中断向量法：可以提供中断服务程序的入口地址。        多中断信号线法        中断软件查询法        菊花链法：硬件查询法；        总线仲裁法：一个设备要发出中断请求，要先获得总线控制权，有总线控制机制来裁定谁可以发出中断请求信号。

• 直接存储器存取方式

          可以使得设备与主存间的数据库块传送无需CPU干预。

三、消化吸收

      这么多的知识，如何记忆呢？

• 思维导图，小编力荐思维导图，可以帮助扩大自己的知识网，增强自己的视野。

• 小组topic，进行头脑风暴，对一个知识点，很快的分析，评测来学习。

四、小结

      知识量很大，小编利用两个小时总结了这个博客，学习就要付出时间。另外要看到自己在这个过程中学到了什么，小编就更加深刻的了解了指令在CPU中的走动，剩下的就是要做题总结了。加油！

      下一篇博客讲给大家带来《【IT】我是计算机系统大师（一）——密码学安全》。