计算机概述

计算机系统基础知识

计算机系统硬件基本组成

硬件

中央处理器（CPU）—>硬件系统的核心

1. 运算器
2. 控制器

存储器（记忆设备）

1. 内部存储器（速度高，容量小）：
   临时存放程序、数据及中间结果
   直接与CPU进行数据交换
2. 外部存储器（速度慢，容量大）：
   长期保存程序和数据

外设（外部设备）

1. 输入设备：
   输入原始数据及各种命令
2. 输出设备：
   输出计算机运行结果

软件

CPU的功能与组成

中央处理单元（CPU）：
计算机系统的核心部件，他负责获取程序指令，对指令进行译码并加以执行

CPU的功能

1. 程序控制：
   通过执行指令来控制程序的执行顺序
2. 操作控制：
   一条指令功能的实现需要若干个操作信号配合来完成，CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往对应的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进行操作
3. 时间控制：
   CPU对各种操作进行时间上的控制，即在指令执行过程中操作信号的出现时间，持续时间即出现的时间顺序都需要进行严格的控制
4. 数据处理：
   CPU通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理，数据价格处理的结果被人们所利用。所以，对数据的加工处理也是CPU最根本的任务
5. CPU还需对系统内部和外部的中断（异常）做出响应，进行相应的处理

CPU的组成

1. 运算器（是数据加工处理部件，用于完成计算机的各种算术和逻辑运算）：
   运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件

   • 功能：
     • 执行所有算术运算，如加、减、乘、除等基本运算及附加运算
     • 执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等
   • 组成：
     • 算术逻辑单元（ALU）：
       负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算
     • 累加寄存器（AC）：
       简称累加器，是一个通用寄存器。暂存算术运算或逻辑运算的中间运算结果
     • 数据缓冲寄存器（DR）：
       暂存指令或数据字或操作数
     • 状态条件寄存器（PSW）：
       保存指令执行后的状态

   1. 累加寄存器（AC）暂存状态
      • 算术运算
        • 加法：如3 + 5，先将3放入AC，再加5结果8存回AC，后续运算同理。减法类似。
        • 逻辑运算：如两数逻辑与，先将一个数放入AC，与第二个数运算结果存回AC。
   2. 数据缓冲寄存器（DR）暂存状态
      • 暂存指令：从内存读取指令先放DR，再传至指令寄存器。
      • 暂存数据字或操作数：从内存读数据用于运算先入DR，再传至相应寄存器。数据字完整暂存至处理。

   状态条件寄存器（PSW）保存指令执行后的状态包括：

   1. 运算结果相关标志
      • 进位标志（CF）：算术运算产生进位或借位时置1。
      • 溢出标志（OF）：运算结果超出数据类型表示范围置1。
      • 零标志（ZF）：运算结果为0置1。
   2. 指令执行状态信息
      • 指令执行结果合法性标志：记录指令执行是否合法。
      • 中断相关标志：记录中断相关信息。
   3. 其他状态信息
      • 方向标志（DF）：决定字符串操作方向。
      • 奇偶标志（PF）：反映运算结果中1个数的奇偶性。

2. 控制器

   • 功能
     • 用于控制整个CPU的工作，决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且能够处理异常事件
   • 组成
     • 指令控制逻辑：
       要完成取指令、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
       • 指令寄存器（IR）：
         存放的是从内存中取的指令，就像个中间站一样，不过是存放指令的中间站
       • 程序计数器（PC）：
         存放的是指令的地址，还有技术的功能
       • 地址寄存器（AR）：
         存放的是CPU访问内存单元的地址
       • 指令译码器（ID）：
         是把操作码解析成对应的指令操作
     • 时序控制逻辑：
       要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：
       是为多