1.ARM_计算机基础知识

计算机构成

计算机是由输入设备、输出设备、内存储器、外存储器、CPU构成，具体框图如下：

输入设备：将其他信号转换为计算机能识别的电信号的设备，如传感器

输出设备：将电信号转换为其他信号，如显示器

存储器：存储器分为内存、外存、寄存器。

• 内存又称为主存储器，存放程序中待处理的数据和处理结果，掉电会丢失
• 外存用于存放长期保存的数据，掉电不丢失
• 寄存器是CPU内部的高速存储器，速度快、按位存储，比内存外存都要小
• 计算机的程序存储在外存上（磁盘），被加载到内存中去执行

CPU：CPU分为运算器和控制器

• 运算器用于进行算数运算、逻辑运算
• 控制器用于控制CPU执行程序

总线

什么是总线：

总线是计算机中各个部件之间传送信息的公共通信干线, 在物理上就是一束导线按照其传递信息的类型可以分为数据总线、地址总线、控制总线。数据总线传递的是数据、地址总线传递的是地址、控制总线传递的是控制信息。

什么是DMA总线：

DMA(Direct Memory Access)即直接存储器访问，使用DMA总线可以不通过CPU直接在存储器之间进行数据传递。

总线传输数据的两种方式：

从下图中可以看出，数据存储在主存储器中，当外部设备想要与主存储器进行数据交互时可以通过有两种交互路径：

• I/O接口->I/O总线->CPU->主存总线->主存储器
• I/O接口->DMA总线->->主存储器

例如屏幕外设要显示一个图片，如果是第一种路径，那么就需要CPU去读取存储器中的图片数据，并把它通过I/O总线发送到外设中去；如果是第二种路径，那么外设就可以直接与存储器通信获取图片数据，这样CPU就可以在数据传输时做其他的事情。

多级存储结构与地址空间

三级存储结构是什么：

存储器分为辅助存储器（硬盘）、主存储器（内存）、Cache（高速缓存），该结构就是三级存储结构。三级存储结构的意义就是兼顾速度、容量、价格。

• 辅助存储器：价格便宜、容量大，掉电不丢失。但读写速度慢，并且一般按块去读写（不能一个一个字节读）。该区域存放的是暂时不运行的程序和数据。
• 主存储器：读写速度比辅助存储器快，并且可以按照字节去访问。但价格贵、容量小、掉电数据丢失。该区域存放的是正在运行的程序和数据。
• Cache：读写速度比主存储器快，可以按照字节去访问。但价格更高、容量更小、掉电数据丢失。该区域存放的是程序运行中经常被访问的程序和数据。

三级存储结构如何工作：

cpu能够直接读写的存储器是主存储器、Cache，但不能直接读取辅助存储器。

当我们下载一个文件时，这个文件被存放在了辅助存储器中；

当我们运行该文件时，操作系统会从辅助存储器将文件内容搬移到主存储器中，之后CPU从主存储器中获取执行指令开始执行程序；

当要运行的文件中有一部分代码是需要经常被执行的，这一部分代码会被搬移到Cache中，以便更快的程序执行。

CPU的地址空间：

CPU能够读的地址的空间，叫做CPU的地址空间，也叫寻址空间。地址空间的大小与地址总线有关，例如地址总线一共有2根线（2bit），那么地址空间就是2^2=4，因为2位二进制数最多能表示00、01、10、11这四个地址。所以，地址空间大小 = 2^地址总线个数​​​​​​​