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计算机系统硬件组成

计算机系统是由硬件和系统软件组成的,它们共同工作来运行应用程序。

计算机系统硬件组成的简单描述

  • 总线
  • I/O设备
  • 主存
  • 中央处理器

总线

总线(BUS)是在计算机系统各部件之间传递信息的路径,按照所传输的信息种类,总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

通常情况下,总线被设计成传送定长的字节块,也就是字(word)。在不同的系统中,字中的字节数(即字长)被设置成不同的长度,系统字长是一个基本的系统参数,多数系统中是8字节(64位)或4字节(32位)。

I/0设备

输入输出设备是计算机与外部世界进行信息交互的媒介,我们所熟知的输入设备有鼠标和键盘,输出设备有显示器和磁盘(存储可执行文件等)。

每一个I/O设备都要通过控制器或适配器与I/O总线相连。控制器是I/O设备本身或者系统的主印制电路板(通常称为主板)上的芯片组,而适配器则是一块插在主板插槽上的卡。

主存

主存是CPU能直接寻址访问的存储空间,在计算机系统工作的过程中,所有的数据都要经过内存交给CPU处理,其特点是读写速度很快。

主存有以下几种:

  • RAM(Random Access Memory),随机访问存储器
  • ROM(Read Only Memory),只读存储器
  • Cache,高速缓冲存储器

中央处理器

下面主要介绍中央处理器。

中央处理单元(CPU)是解释(或执行)存储在主存中指令的引擎,其核心是一个大小为一个字的寄存器,称为程序计数器(Program Counter),简称PC,在任何时刻PC都指向某条指令的地址。

在程序执行的过程中,程序计数器的值不断被更新,指向下一条要被执行的指令。两条相邻被执行的指令在物理上的存储可能并不相邻。

指令执行的过程中会进行如下简单操作:

  • 加载(load):从主存复制一个字节或者一个字到寄存器,寄存器原来内容被覆盖。
  • 存储(store):从寄存器复制一个字节或者一个字到主存的某个位置。
  • 操作(operate):取指令操作完成之后,将寄存器里面的内容加载到ALU(算术逻辑单元),算术逻辑单元进行运算,并将结果进行存储。
  • 跳转(jump):从指令本身抽取一个字,并将这个字复制到PC中,以供下一次取指操作使用。