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* 计算机基础知识 CPU的结构及其工作原理 主存储器（内存）结构：地址空间 总线与数据传输 指令与程序 计算机系统的组成 (1)硬件系统: 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备 (2)软件系统: 系统软件 应用软件 系统时钟 系统时钟相当于中央处理单元的心脏。在计算机工作过程中，系统时钟有规律性地“跳动”，按照精确的时间间隔发出脉冲式的电信号。这种脉冲信号控制着各种系统部件的动作速度，使它们能够协调同步。系统时钟的频率不能太快，否则工作部件跟不上步伐，数据传输和处理就会发生错误，而系统时钟太慢又不能发挥CPU等部件的能力。 CPU的主频是指CPU在1秒钟内应该完成的指令周期数，在其他因素相同的情况下，主频越快的CPU速度越快。 内存的基本功能 用于保存信息的主要部件。对内存的一个基本操作是取出存放在里面的信息，这个动作称为由内存“读出”；另一个操作是把信息存放到内存里，这称为内存的“写入”。这两个动作简称为存储器的“读写”，或统成为存储器的“访问”。存储器作为信息的存储部件，它必须能够保持存储在其中的信息不丢失，并且应当保证保证信息访问的方便快捷。 内存的性能由容量和访问速度决定。 内存编址（地址空间）：内存被分成长度为一个字节（8位）的小单元（基本存储单位，存储单元），这些单元顺序排列，每个单元在序列中都有一个唯一的位置编号，这个编号称为存储单元的地址。所有的编码组成了地址空间。访问内存就是通过地址进行的，地址的编码是唯一的（当然在计算机内部也是用二进制来表示的）。 AB地址总线 DB数据总线 CB控制总线 输入设备 输出设备 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 接口 接口 C P U AB地址总线 DB数据总线 0 1 选择/同步 CB控制总线110101111001010010110100指令 数据 输入设备 输出设备 总线与数据传输 计算机中央处理单元中的各不仅通过一条公共信息通路连接，这条信息通路就是总线。 数据总线：不同部件之间传递数据。总线宽度决定了一次传递数据量的大小（CPU和内存之间 – CPU字长）。影响机器性能的因素之一。 地址总线：CPU和内存之间进行地址传递。总线宽度决定了机器所能直接访问的内存大小(16:64K；32:4000M)。 控制总线：不同部件之间传递控制信息（如读写内存控制信息）。 总线与数据传输 输入设备 输出设备 ? 中央处理器 CPU 内存储设备 MEMORY 外部总线 数据流 外存 内部总线（数据总线、地址总线） 数据流 指令流 CPU的基本功能：执行指令。 ALU：整数运算、逻辑运算。浮点数运算（协处理器、浮点处理器）。 寄存器：信息的存放。指令寄存器、数据寄存器、控制寄存器。大小-CPU字长。 指令控制器：解释指令，并协调CPU各部件完成指令的执行。 中断控制器：处理程序中断。 CPU内部总线：数据、指令、控制等信息的传输。 CPU 寄存器组 指令控制器 ③算术逻辑运算 ALU 中断控制器 主存储器 ①取指令 运算数据 ②读出数据 ④处理中断 ⑤写数据 CPU和内存的配合工作 总线与数据传输 在数据存储与传输过程中，有可能会出现错误——二进制位错，需要进行“差错校验”。 校验方法：给正常数据附加一个或多个二进制位的冗余信息。 通常是在正常数据后附加一个二进制位——奇偶校验位。如：对于1字节数据（8位），实际存储或传输的是9位二进制数据。8位是正常信息，另1位是校验位： 偶校验：若8位中有偶数个1，则校验位为0；否则，校验位为1。这样9位中总有偶数个1，否则，数据出错。 奇校验 指令与程序 指令采用二进制编码，有零到多个参数。一个CPU所能执行的指令、指令的编码方式、参数的个数和形式等的整体构成了CPU的“指令系统”。 “指令系统”实际上是CPU硬件与基于其上的软件之间的一种约定，是一种严格的协议。 指令与程序 CISC和RISC CISC(复杂指令集计算，Complex Instruction Set Computing)：包含大量指令，许多指令在执行前要分割成小的指令；程序员易于使用；硬件处理负担重。 RISC(精简指令集计算，Reduced Instruction Set Computing)：包含相当少且简单的指令；程序员需要将若干简单指令联合起来形成一条较为复杂的指令；软件处理负担重。 指令与程序 输入 累计器清零 内存?累计器 内存?寄