1、计算机系统组成

硬件

• 处理器（CPU）
  • 运算器
  • 控制器
• 存储器
  • 主存储器
  • 外（辅助）存储器：硬盘（属于外设）
• 总线：连接不同内部设备
  • 数据总线：传输数据
  • 控制总线：传输控制信息
• 接口
• 外部设备
• ...

存储器

• CPU 中的寄存器存储比特（bit）大小的数据

• Cache（按内容存取 - 相联存储器）

• 内存（主存、DRAM）

• 外存（辅存）：硬盘、光盘、U 盘

大量数据存在外存，运行时从外存加载到内存，再由 CPU 进行存取

时间局部性：程序中的某条指令一旦执行，不久以后该指令可能再次执行，典型原因是由于程序中存在着大量的循环操作

空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，不久以后，其附近的存储单元也将被访问，即程序再一段时间内所访问的地址可能集中在一定的范围内，其典型情况是程序顺序执行

分级存储的目的是：解决存储的容量、价格和速度之间的矛盾

总线

各种设备之间使用总线进行连接

概念

总线是一组能为多个部件分时共享的信息传送线，用来连接多个部件并为之提供信息交换通路【总线通常是半双工的】

• 单工：传输时这条线路只能单向接受或只能发送（网络）
• 半双工
• 全双工：某条线路上可以同时接受或发送（打电话）

特点

• 挂接在总线上的多个部件只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接受数据（类似对讲机）
• 通过总线复用方式可以减少总线中信号线的数量，以较少的信号线传输更多的信息

分类

• 芯片内总线：用于集成电路芯片内部各部分的连接元件级总线。用于一块电路板内各元器件的连接。
• 系统总线（内总线）：用于计算机各组成部分（CPU、内存和接口等）的连接
• 外总线（通信总线）：用于计算机与外设或计算机与计算机之间的连接或通信

功能上分为地址总线、数据总线和控制总线

数据传输方式将总线分为并行总线和串行总线

• 并行总线：将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送【短距离】
• 串行总线：数据是一位一位地进行传输的，在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。【长距离，传输波特率可以调整，正确性依赖于校验码，数据传输方式可以使用多种】

数据传输控制方式

• 程序控制（查询）方式：分为无条件传送和程序查询两种方式。方法简单，硬件开销小，但 I/O 能力不高，严重影响 CPU 的利用率（CPU 不断查询 IO 进度，等待 IO 完成才继续，这个阶段 CPU 不能干别的活）

• 程序中断方式：与程序控制方式相比，中断方式因为 CPU 无需等待而提高了传输请求的响应速度【CPU 和 IO 传输可以并行】

• DMA（直接存储器访问） 方式：DMA 方式是为了在主存和外设之间实现高速、批量数据交换而设置的。DMA 方式比程序控制方式和中断方式都高效【CPU 和 IO 传输可并行】

• 通道方式

• IO 处理机

处理器体系结构

冯诺依曼结构

指令和数据存储器合并在一起。指令和数据都通过相同的数据总线传输

目前的 I3、5、7 都是这种结构

哈佛结构

指令和数据存储器分开存储，可以并行读取，有较高的数据吞吐率。 有指令和数据的数据总线、地址总线

一般用于嵌入式系统处理器，DSP 属于哈佛结构

CISC（复杂指令集）和 RISC（精简指令集）

CISC

复杂指令集，数量多，支持多种寻址方式，采用微程序控制技术（微码）

RISC

精简指令集，数量少，支持的寻址方式少，增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主；适合采用流水线

软件

系统软件

• 操作系统
• 编译工具

应用软件

• 办公软件
• 娱乐软件
• 信息系统软件