L9-D1计算机硬件基础

目录

1.1底层课程导学

1.2ARM体系结构与接口课程导学

 1.3计算机基础知识

 1.4多级存储机构与地址空间

 1.5CPU工作原理概述

作业

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1.1底层课程导学

操作系统的作用：向下管理硬件、向上提供接口(API)。

 

应用开发：即使用系统提供的接口(API)，做上层应用程序的开发  。

底层开发：即做操作系统本身的开发。

Linux子系统 ：  

1.进程管理：管理进程的创建、调度、销毁等    

2.内存管理：管理内存的申请、释放、映射等    

3.文件系统：管理和访问磁盘中的文件    

4.设备管理：硬件设备及驱动的管理    

5.网络协议：通过网络协议栈(TCP、IP...)进行通信

1.2ARM体系结构与接口课程导学

 1.3计算机基础知识

计算机的进制

在计算机中数据的存储、运算、传输都是以高低电平的方式     所以数字电路中用高、低电平来表示逻辑1和0

 计算机的组成

输入设备    

把其他信号转换成计算机能识别和处理的信号并送入计算机中。如键盘、鼠标、摄像头等。

输出设备    

把运算结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机外 。如显示器、音响、打印机等。  

存储器    

存储器是用来存储程序和数据的部件,是实现"存储程序控制"的基础 。如内存、硬盘等。

运算器    

CPU中负责进行算数运算和逻辑运算的部件，其核心是算术逻辑单元ALU  

控制器    

控制器是CPU的指挥中心,其控制着整个CPU执行程序的逻辑过程

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 。 

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。

 1.4多级存储机构与地址空间

使用三级存储结构是为了兼顾速度、容量、价格

 

 高速缓存、内存、硬盘

Cache    

速度最快、价格最贵、容量最小、断电数据丢失、cpu可直接访问    

存储当前正在执行的程序中的活跃部分,以便快速地向CPU提供指令和数据  

主存储器    

速度、价格、容量介于Cache与辅存之间、断电数据丢失、cpu可直接访问    

存储当前正在执行的程序和数据  

辅助存储器    

速度最慢、价格最低、容量最大、断电数据不丢失、cpu不可直接访问    

存储暂时不运行的程序和数据，需要时再传送到主存

地址空间

一个处理器能够访问（读写）的存储空间是有限的,我们称这个空间为它的地址空间（寻址空间）,一般来说N位地址总线的处理器的地址空间是2的N次方

 1.5CPU工作原理概述

CPU串行工作程序，运算器一条一条执行指令。

 指令的执行过程

• 一条指令的执行分为三个阶段    

1.取址：CPU将PC寄存器中的地址发送给内存，内存将其地址中对应的指令返回到CPU中的指令寄存器(IR)。     

2.译码：译码器对IR中的指令进行识别，将指令（机器码）解析成具体的运算。 

3.执行：控制器控制运算器中对应的运算单元进行运算，运算结果写入寄存器。

• 每执行一条指令后PC的值会自动增加指向下一条指令

作业

1.简述为什么地址总线为32bit的处理器的地址空间为4G
2.简述CPU执行指令的过程

第一题

一个处理器能够访问的存储空间是有限的,32位地址总线的处理器的地址空间是2的32次方，即2的32次方个字节，为4G。

第二题

1.取址：CPU将PC寄存器中的地址发送给内存，内存将其地址中对应的指令返回到CPU中的指令寄存器(IR)。     

2.译码：译码器对IR中的指令进行识别，将指令（机器码）解析成具体的运算。 

3.执行：控制器控制运算器中对应的运算单元进行运算，运算结果写入寄存器。