計算機組成原理——概述3
計算機系統的層次結構
計算機系統的組織
硬體 —— 是指構成計算機系統的實體和裝置之類的有形裝置,是組成計算機系統的物質基礎。
軟體 —— 是指由硬體所表達的各種內在資訊,包括資料與控制程式。因為它們是無形的東西,所以成為軟體或軟裝置。
計算機的硬體系統組成
主要功能部件
1. CPU 主要是由運算器、控制器等部件組成
2. 運算器
功能:完成算術和邏輯運算
組成特點:主要由ALU(算術邏輯單元)構成,執行算術、邏輯運算以及移位迴圈等操作,是CPU功能的主要執行部件
注: ALU以全加器為核心,具有多種運算功能
運算的位數越多,計算精度就越高,但是器件也越複雜
運算器的資料寬度一般是:8位、16位、32位或64位
3. 控制器
功能:產生控制命令(微命令),控制全機操作
基本組成:
4. 儲存器
功能:儲存資料和數字化後的程式
注:無論是資料,還是程式,儲存器儲存的全是用0或1表示的二進位制程式碼
儲存器中的幾個基本概念:
儲存單元:在儲存器中儲存一個n位二進位制數的n個儲存電路,組成一個儲存單元
地址:儲存器由許多儲存單元組成,每個儲存單元的編號,成為地址。
儲存容量:儲存器所有儲存單元的總數。(儲存容量越大,表示儲存的資訊越多,常用的單位有:KB,MB,GB,TB,PB)
記憶體儲器:即主存,是一種用來存放直接為CPU提供服務的程式和資料儲存器。
半導體儲存晶片構成,特點:工作速度快,儲存容量比外存小
外儲存器:即輔存,為計算機配備的儲存容量很大的輔助儲存器。
磁碟儲存器、光碟儲存器等,特點:儲存容量大,價格便宜,工作速度較慢
5. 輸入、輸出裝置
功能:執行輸入、輸出資訊的轉換
6. 匯流排(BUS)
功能:能為多個部件分時共享的一組資訊傳送通路
根據傳送的資訊不同,可分為三類:傳送各種資料資訊的資料匯流排
傳送各種地址資訊的
傳送各種控制訊號的控制匯流排
7.介面
功能:具有緩衝、轉換、連線的功能
計算機硬體的典型架構
微型計算機:南北橋架構
小型計算機:多處理機架構
超級計算機:叢集式架構
多處理機系統架構
特點:用多處理機CPU構成
根據處理器之間連線的緊密程度,又分為: 緊密偶合型多機系統
鬆散偶合型多機系統
緊密偶合型多機系統:多個(CPU+LM)組,通過系統匯流排構成多機系統,且有共享的全域性主儲存器
鬆散偶合多機系統:多個計算節點,由通訊系統連線成的多機系統,無全域性的主儲存器
軟體系統
軟體類別:系統程式和應用程式
硬、軟體系統層次結構
軟體與硬體的邏輯等價性
軟體的特點:易於實現各種邏輯和運算功能,但是常受到速度指標和軟體容量的制約
硬體的特點:可以高速實現邏輯和運算功能,但是難以實現複雜的功能或計算,受到控制複雜性指標的制約
因此,計算機中的軟體,理論上都可以“固化”或“硬化”成硬體,以提高執行速度。