计算机组成 简书,计算机组成原理 - 1

计算机发展简史

1.png

计算机的分类

超级计算机：多用于国家高科技领域和尖端技术研究(航天)，运算速度快。存储容量大。

image.png

大型计算机： 已经不多见，高性能，可以处理大量数据和复杂运算。

image.png

迷你计算机(服务器)：也称小型机，普通服务器，有不错的算力。多个服务器组成分布式已经取代了大型机时代。成为企业计算的中枢

工作站：比个人计算机更强大的性能

image.png

微型计算机： 个人计算机 最普通的计算机

计算机组成

冯诺依曼体系特点

计算机由运算器、控制器、存储器、输入\输出设备组成

将指令和数据都存储在存储器中

计算机能够长期记忆程序、数据、中间结果以及最终运算结果的能力

计算机具备算术、逻辑运算、数据传送、数据加工处理的能力

现代计算机都是冯诺依曼机

image.png

冯诺依曼体系的瓶颈

冯诺依曼体系是将指令和数据都存储在存储器中，而运算是在运算器中，运算器和控制器组成了CPU，但是由于运算器运算速度快，存储器相对较慢，会导致两边效率不一致，CPU空转等待的现象。所以现代计算器都在冯诺依曼体系结构基础上进行了改进，解决CPU与存储设备之间的性能差异问题。

在CPU中增加自己的存储器(寄存器)，CPU = 运算器 + 控制器 + 存储器

计算机组成 --- I / O设备

I/O (inpuit/output)是常见的输入输出设备：鼠标、键盘、画图板、打印机等。通过USB(通用串行总线)连接，进行数据交互

计算机总线

提供了对外连接的接口，不同设备通过USB接口连接

image.png

总线可以分为：片内总线(芯片内部的总线)和系统总线(上图中的I/O总线)

一般总线可以分为控制总线(用来发送各种控制信号)和地址总线(用来寻找地址)、数据总线(用来发送数据的)。哪个设备使用总线是需要经过总线仲裁的。

I/O设备和CPU通信

I/O设备与CPU之间通信是通过中断系统来进行的。如果哪个设备需要使用cpu，则需要发出中断信号等待cpu响应。cpu会备份当前正在执行的主程序的数据，然后响应中断进行数据传输，完成传输后中断返回，控制权交回cpu。

image.png

在cpu中有一个中断控制器，如果同时发出多个中断信号，由中断控制器来排队有序的递交给cpu执行。

image.png

这样设计是为了最大效率的利用cpu，因为io设备的效率低，当一个打印机要使用时，cpu先会去执行启动打印机的命令，接着这段时间就可以继续进行主程序，等到打印机启动完毕，发出中断信号时再放下手中的工作响应中断信号进行数据传输。

计算机组成 --- GPU(图形处理器)

image.png

计算机中显示器中的信息一直存放在某内存中，称为VRAM，只要给VRAM中写入信息就会显示在显示器中。在MR-DOS时代中这部分内存是在主存中的，但是在现代的计算机中，已经和主存独立了，存放在显卡中。显卡中不光有VRAM也有GPU。VRAM的大小决定能显示色彩颜色的数量。

image.png