计算机数字与数值表示全解析
1. 计算机的连接与总线
计算机中,数据在CPU、内存和外设之间移动需要连接。这些连接,特别是不同电路板之间的连接,通常是成组的电线,用于以块的形式发送多个单独的信号。例如,最初的IBM - PC有8根电线用于CPU和外设之间的数据传输,而现代计算机的PCI(外设组件互连)总线有64根数据线,即使不考虑计算机速度的提升,数据传输速度也能提高8倍。
这些电线通常被组合成总线,即连接多个不同设备的一组电线。由于总线是共享的,就像早期的合用电话线一样,一次只能有一个设备传输数据,但连接的任何设备都可以获取这些数据。此外,还会使用额外的电线来确定哪个设备应该接收数据以及接收到数据后应该执行什么操作。
一般来说,连接到单个总线的设备越多,总线运行越慢,主要有两个原因:
- 设备越多,两个设备同时有数据要传输的可能性就越大,因此一个设备不得不等待轮到自己传输。
- 更多的设备通常意味着总线中的电线更长,这会由于信号传播延迟(信号从电线一端到另一端所需的时间)而降低总线速度。
为了解决这个问题,许多计算机现在采用多总线设计。例如,本地总线将CPU与存储在CPU主板(通常在CPU芯片本身)上的高速内存连接起来;系统总线连接内存板、CPU主板和“扩展总线”接口板;扩展总线则是连接网络、磁盘驱动器、键盘和鼠标等其他设备的第二条总线。在高性能计算机中,可能会有四到五条独立的总线,其中一条为网络和视频卡等高速、数据密集型设备预留,而键盘等低速设备则连接到单独的、较慢的总线。
2. 计算机的支持单元
除了上述设备外,典型的计算机还有许多对其物理状态很重要的组件:
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