计算机导论复习（第五章）

第五章

计算机的组成部件

1. 1 中央处理单元(cpu)

2. 2 主存储器

3. 3 输入输出子系统

   中央处理单元:
   算术逻辑单元（ALU）:逻辑运算，移位运算，算术运算
   控制单元:通过信号控制各子系统
   寄存器：数据寄存器r1~rn，指令寄存器ir，程序计数器pc

   主存储器
   地址空间：64KB～2¹⁶B，字长为1字节的内存的地址空间是0～65535，千字节KB～2¹⁰,
   兆字节MB～2²⁰
   位模式：64KB，字长为1字节，需要16位的位模式来确定地址。
   N个字需要log2 N个位来确定一个存储单元。
   例题：128MB的内存，8字节的字长，需要2^27-3位来识别每个字
   存储器类型：
   RAM（随机存储存储器）可写性，易失性，
   ROM 只读存储器，非易失性。
   速度快的价格贵，少，cpu寄存器
   速度中的半雅不俗，高速缓冲存储器
   速度慢的便宜，低速存储器，主存

   前面讲了高速缓冲存储器的速度问题，容量较小，含有主存的一部分的副本

输入输出子系统

1.非存储设备
2.存储设备：
磁介质：磁盘，磁道，扇区，磁带，读写头，
光介质 ：CD,DVD

子系统的互连

cpu和存储器中的总线：
数据总线：每根线传1位数据，线数取决于字的大小。计算机的字32位4字节，则需要32根数据总线以便同时传32位的字
地址总线：访问某个字，线数取决于存储空间大小，2ⁿ个字，n条地址总线
控制总线：线数取决于控制命令总数，2ⁿ条命令，n条控制总线

输入输出设备的寻址
1.IO独立寻址 read101，input101
2.IO存储器映射寻址read 101~64000(内存给cpu), 64001->64004(控制器给cpu)

程序执行

机器周期：取指令：指令复制到cpu指令寄存器IR，，指令地址保存在程序计数器（pc)复制完成+1
译码：产生一系列可执行二进制代码
执行：控制单元给cpu发送任务，加载数据或者算术逻辑单元把输入寄存器相加结果保存在输出寄存器

输入输出操作：
1.程序控制输入输出:cpu遇到io指令不时询问设备状态，浪费时间
2.中断控制输入输出：cpu可在io设备工作时做其他工作
3.直接存储器存储（DMA）:cpu->dma->io设备，cpu在dma给内存传输数据时空闲

不同体系结构

CISC：复杂指令集计算机
RISC：精简指令集计算机

课后题解
复习题
1>计算机由输入输出子系统，中央处理单元，主存储器
2>cpu由算术逻辑单元，控制单元，寄存器
3>ALU对数据进行逻辑,移位，算术运算
4>控制单元的功能：通过信号控制各子系统
5>主存用于存储指令和数据
7>高速缓冲存储器的作用：提高处理速度
练习题
1>64MB的内存，每个字长4字节，则存储器需要对每个字寻址24位
3>计算机16个数据寄存器R0～R15，1024个字的存储空间，16种指令，则add M R2 这样一条指令最少需要多少位(4+4+10=18)16种不同指令需要4种编码，16个寄存器寻址需要4位，1024个字的存储空间，存储器寻址需要10位

4>在第三题，如果数据和指令相同字长，每个数据寄存器大小：18
5>在第三题,计算机中的指令寄存器大小：最少18
6>在第三题,计算机中的程序计数器大小：最少10
7>在第三题,数据总线多少位：18
8>在第三题,地址总线多少位：10
9>在第三题,控制总线至少多少位：4