C++计算机系统的基本结构

引言

计算机系统由硬件和软件两部分组成,硬件系统是计算机的“躯干”,是物质基础。而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。

中央处理器(CPU——Central Processing Unit)

由运算器、控制器和一些寄存器组成;运算器进行各种算数运算和逻辑运算;控制器是计算机的指挥系统;CPU的主要性能指标是主频和字长。

运算器:又称算术逻辑单元(Arithmetical Logic Unit,ALU),主要功能是完成对数据的算数运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。

控制器:Control Unit,CU。是整个计算机的指挥中心,根据事先给定的命令发出各种控制信 ,指挥计算机各部分的工作。

寄存器:主要用来存储存放指令、数据和位址。

这三个部件通过CPU总线进行数据和指令的传递。

  1. 内存储器内存又称为主存,它和CPU一起构成了计算机的主机部分,它存储的信息可以被CPU直接访问。内存有半导体存储器组成,存取速度较快,但一般容量较小。内存中含有很多的存储单元,每个单元可以存放一个8位的二进制数。即一个字节(Byte,简称“B”)。内存中的每个字节各有一个固定的编 ,这个编 称为地址。CPU在存取存储器中的数据时是按地址进行的。所谓存储器容量,即值存储器中宝航的字节数,通常用KB、MB、GB、TB和PB作为存储器容量单位。1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB

    内存储器包括寄存器、Cache和主存储器。寄存器在CPU芯片的内部,Cache位于CPU与主内存之间,而主存储器由插在主板内存插槽中的若干内存条组成。主存储器主要由半导体存储芯片构成。

    半导体存储芯片按照读写功能可分为随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两大类。

    1. RAM是一种读写存储器,其内容可以随时根据需要读出,也可以随时重新写入新的信息。当电源电压去掉时,RAM中保存的信息都将全部丢失。

    2. ROM是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器,其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。在计算机运行过程中,ROM中的信息只能被读出,而不能写入新的信息。计算机断电后,ROM中的信息不会丢失。它主要用于检查计算机系统的配置情况并提供最基本的输入/输出(I/O)控制程序。

    有时将连接CPU和内存的总线称为CPU总线(或前端总线),把连接内存和I/O设备(包括外存)的总线称为I/O总线。

    数据总线

    用来传递数据信息,它主要连接了CPU与各个部件,时他们之间交换信息的通路。数据总线是双向的,而具体的传送方向由CPU控制。

    地址总线

    用来传递地址信息。CPU通过地址总线中传送的地址信息访问存储器。通常地址总线是单向的。同时,地址总线的宽度决定可以访问的存储器容量的大小,如20条地址总线可以控制1MB的存储空间。

    控制总线

    用来传送控制信 ,以协调个部件之间的操作,控制信 包括CPU对内存储器和接口电路的读写控制信 、中断响应信 ,也包括其他部件传送给CPU的信 ,如终端申请信 、准备就绪信 等。

    主要的性能指标

    计算机的常用指标有:

    字长

    字长是指一台计算机所能处理的二进制代码的位数。计算机的字长直接影响它的精度、功能和速度。字长越长,能表示的数值范围就越大,计算出的结果的有效位数就越多;字长越长,能表示的信息就越多,及其的功能就更强。目前常用的是16位、32位、64位字长。

    运算速度

    运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数,一般用MIPS(Million of Instructions Per Second,即每秒百万条指令)为单位。由于不同类型的指令执行时间长短不同,因而运算速度的计算方法也不同。

    主频

    主频是指计算机CPU的时钟频率,它在很大程度上决定了计算机的运算速度。一般时钟频率越高,运算速度就越快。主频的单位一般是MHz(兆赫)或GHz(吉赫)。

    内存容量

    内存容量是指内存储器中能够存储信息的总字节数,一般以GB为单位。内存容量反映内存储器存储数据的能力。目前计算机的内存容量有2GB、4GB、8GB、16GB、32GB等。

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