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计算机系统的硬件组成包括哪些,计算机的硬件组成(系统结构)

时间:2023-05-03 12:19:27 阅读:214809 作者:3496

1、总线

贯穿整个系统的是一组电子管道,称为总线(bus)。它携带信息字节并负责在各个部件之间传递。通常总线被设计成传送定长的字节快,也就是字(word)。字中的字节数(即字长)是一个基本的系统参数,各个系统中都不尽相同。现在大多数机器字长要么是4个字节即32位,要么是8个字节(64位)。

2、I/O设备

输入设备:键盘、鼠标

输出设备:显示器

存储数据:磁盘

3、主存:

或者叫内存,是一个临时存储设备,在处理器执行程序时,用来存放程序和程序处理的数据。从物理上说,主存是由一组动态随机存取存储器(DRAM)芯片组成的。从逻辑上说,存储器是一个线性的自己数组,每个字节都有唯一地址(数组索引),索引地址从0开始。

4、中央处理器(CPU)

中央处理单元,简称处理器。是解释(或执行)存储在内存中的指令的引擎。处理器的核心是一个大小为一个字的存储设备(或寄存器),称为程序计数器(PC)。在任何时刻,PC都指向内存中的某条机器指令。

从系统通电开始,直到系统断电,处理器一直不断地执行程序计数器指向的指令,再更新程序计数器,使其指向下一条指令。处理器看上去是按照一个非常简单的指令执行模型来操作的,这个模型是由指令集架构决定的。在这个模型中,指令按照严格的顺序执行,而执行一条指令包含执行一系列的步骤。处理器从程序计数器指向的内存处读取指令,解释指令中的位,执行该指令指示的简单操作,然后更新PC,使其指向下一条指令,而这条指令并不一定和在内存中的刚刚执行的指令相邻。

这样的简单操作并不多,他们围绕着内存、寄存器文件(register file)和算术/逻辑处理单元(ALU)进行。寄存器是一个很小的存储设备,由一些单个字长的寄存器组成,每个寄存器都有唯一的名字。ALU计算新的数据和地址值。

下图是一个典型的系统硬件的组成:



由于CPU处理数据的速度非常快,而从内存复制数据却比较慢,为了减小IO开销,使这些复制操作尽快地完成,引出高速缓存的重要性。先上图:



跟上图相比,此处多了一个名为“高速缓存存储器(cache memory)”的东西,作为数据暂时的集结区域,存放处理器近期可能会需要的信息。上图展示了一个典型系统中的高速缓存存储器。位于处理器上的L1高速缓存的容量可以达到数万字节,访问速度几乎和访问寄存器文件一样快。一个容量为数十万到数百万字节的更大的L2高速缓存通过一条特殊的总线连接到处理器。进程访问L2高级缓存的时间要比访问L1高速缓存的时间长5倍,但是这ggdhf比访问内存的时间要快许多。


存储器层次结构的主要思想是上一层的存储器作为低一层存储器的高速缓存。因此,寄存器文件就是L1的高速缓存,L1是L2的高速缓存,L2是L3的高速缓存,L3是内存的高速缓存,而内存又是磁盘的高速缓存。在某些具有分布式文件系统的网络系统中,本地磁盘就是存储在其他系统中磁盘上的数据的高速缓存。

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