Módulos de lógica do computador 5:
O dispositivo de entrada - um teclado;
operador - operações aritméticas e lógicas básicas;
controlador - gerando um sinal de controle, o computador de controle gerou funções complexas; Dispositivo de saída mais importante - uma impressora, um aparelho de projeção ou semelhante; memória - Cache de armazenamento; 5 módulos são conectados por link de dados ou módulo físico; unidade aritmética e controlador são integrados no núcleo da CPU.
1.1.1 Representação digital de informação - representação de informação binária
1. O computador usa código digital binário para representar várias informações
1——0001 2——0010 3——0011… 8——1111 -5——1 101 e assim por diante;
2. No mecanismo físico, use sinais digitais - sinais elétricos digitais para representar códigos digitais.
3. As vantagens da representação digital de informações:
① Fisicamente fácil de exibir e armazenar informações;
② Forte capacidade anti-interferência e alta confiabilidade;
③ Grande variedade de valores numéricos e alta precisão;
④ Grande variedade de informações que podem ser representadas;
⑤ Utilizáveis Tecnologia de lógica digital para processamento-0, 1 representação de função.
1.1.2 O método de trabalho do sistema de programa von Neumann armazenado
1. Compilar o programa - compilar a linguagem de alto nível para formar um assembler (programa de instrução) enviado ao computador para realizar a função;
2. Armazenar o programa no disco rígido;
3. Executar o programa de forma automática e contínua;
4. Gerar o resultado.
1.1.3 Classificação de Computador
1. Computador analógico composto por dispositivos de computação analógicos, capazes de processar sinais analógicos contínuos (tensão, corrente),
divididos em computador dedicado e computador de uso geral.
2. Array composto por computador de dispositivos lógicos digitais, processando sinais digitais discretos (0, 1 informação).
1.2 Von Neumann Computer - o pai dos computadores
1.2.1 O sistema Von Neumann lançou as bases para um sistema moderno de teoria da computação
1. Usar números binários para representar programas e dados;
2. Usar o método de trabalho de armazenamento de programas - armazenar programas e dados, deixar o computador executar automaticamente instruções para concluir operações complexas - a ideia central;
3. Nova composição de hardware de computador moderno;
memória —— Dispositivo de saída de dispositivo de entrada de controlador de computador (a tecnologia moderna não escapou dos grilhões desses 5 módulos, nenhum deles é indispensável).
1.2.2 Histórico de desenvolvimento de computador
A primeira geração - válvulas eletrônicas - baixa velocidade, tamanho grande, baixa confiabilidade, desde que sejam usadas para cálculos científicos;
segunda geração - transistores - tamanho reduzido e maior confiabilidade, desde cálculos científicos até processamento de dados;
terceira geração - Circuitos integrados de pequeno e médio porte - tamanho reduzido, confiabilidade aprimorada, modelos diversificados, o surgimento de pequenos computadores, rápido desenvolvimento de software e periféricos e áreas de aplicação expandidas; a
quarta geração - circuitos integrados de grande e muito grande escala - velocidades tão altas quanto DIPS ou mesmo No nível TIPS, um microcomputador aparece.
1.2.3 Tendência de desenvolvimento futuro
1. Rumo ao mega-desenvolvimento-Tianhe, Shenwei, etc .;
2. Rumo à miniaturização;
3. Rumo à multimídia - para melhorar a experiência do usuário;
4. Rumo à rede;
5. Rumo a aplicativos inteligentes e preguiçosos, telefones celulares e muitos mais.
1.3 Organização do sistema informático
Hardware - equipamento tangível, como entidades e dispositivos que constituem um sistema de computador ; base de material - equipamento rígido;
software - várias informações internas expressas por hardware, incluindo dados e programas de controle. Coisas intangíveis - equipamento macio.
1.3.1 Composição do sistema de hardware do computador
1. O modelo básico de composição do sistema de hardware basicamente não é usado
Funções principais: 1.
CPU - composta principalmente por unidades aritméticas, controladores e outros componentes.
2. Calculadora
(1) Operações aritméticas e lógicas completas de funções.
(2). Características de composição
①É composto principalmente de ALU (unidade lógica aritmética), que realiza operações aritméticas, lógicas e ciclos de deslocamento, e é a parte de execução principal da função da CPU;
②ALU leva somador completo como o núcleo e tem várias funções de computação ;
③ mais bits da operação, quanto maior a precisão do cálculo (múltiplo binário), mais complexo é o dispositivo;
a largura dos dados é geralmente do operador ④: 8 bits, 16 bits, 32 bits ou 64;
3.
Função de controlador - gerar comandos de controle (micro comandos) para controlar a operação de toda a máquina. Quando a CPU executa um comando, o controlador não pode executar ativamente o comando e requer que alguns controladores cooperem.
componente básico:
4. A
velocidade de funcionamento dos recursos de memória é mais rápida, a capacidade de armazenamento é menor do que a memória externa.
Dados de armazenamento de função e programa digitalizado
Atenção: Quer se trate de dados ou programa, a memória armazena todos os códigos 0 e 1 .
① Unidade de armazenamento - armazenando n circuitos de armazenamento de um número binário de n bits na memória para formar uma unidade de armazenamento;
② Endereço - a memória é composta por muitas unidades de armazenamento e o número de cada unidade de armazenamento é chamado de endereço;
③ Capacidade de armazenamento
—— O número total de todas as unidades de armazenamento da memória; quanto maior a capacidade de armazenamento, mais informações são armazenadas. As unidades comumente usadas são-KB, MB, GB, TB, PB, etc .;
④ Memória interna -a memória principal, que é um tipo de Utilizado para armazenar o programa e a memória de dados que fornecem serviços diretamente para a CPU - composta por chips semicondutores;
⑤ Memória externa - isto é, armazenamento auxiliar, armazenamento auxiliar com grande capacidade de memória para o computador.
Armazenamento em disco, armazenamento em disco óptico, etc., são principalmente caracterizados por grande capacidade de armazenamento, preço razoável e velocidade de trabalho lenta.
5.
Função de equipamento de entrada e saída - para realizar a conversão de informações de entrada / saída.
Ao inserir : informação original -> código binário, enviado ao host;
ao enviar : resultado do processamento (código binário) -> a forma (caracteres, imagens, som) que o usuário pode perceber diretamente e transmitir ao usuário.
4. Barramento - um grupo de canais de transmissão de informações que podem ser compartilhados por vários componentes.
Existem três tipos de bus de dados, bus de endereços e bus de controle.
5. Interface
Cada interface é conectada com o endereço de destino e o endereço de origem do datagrama IP.A conexão entre os dois roteadores compartilha o mesmo endereço de interface.
Arquitetura típica de hardware de computador
1. Microcomputador: Arquitetura da Ponte Sul-Norte
2. Computador pequeno: arquitetura de multiprocessador - compreender
HP HP ProLiant DL30 series
3. Supercomputador (supercomputação): arquitetura de cluster-Tianhe-2, Shenwei
Estrutura do sistema multiprocessador:
Características-É composto de CPU multiprocessador; de
acordo com o grau de aperto da conexão do processador, pode ser dividido em:
sistema multi-máquina
fortemente acoplado e sistema multi-máquina fracamente acoplado sistema multi-máquina estreitamente acoplado:
Recursos - Grupos múltiplos (CPU + LM), que formam um sistema multi-máquina por meio do barramento do sistema e compartilham a memória principal global.
Sistema multi-máquina fracamente acoplado:
Características-Múltiplos nós de computação, um sistema multicomputador conectado por um sistema de comunicação, sem uma memória principal global.
1.3.2 Sistema de Software
Categoria de software - programa de sistema e programa de aplicativo:
① Programa de sistema - responsável pelo gerenciamento de galvanoplastia do sistema, fornecendo ambiente de operação e desenvolvimento, vários serviços para garantir que o sistema funcione bem;
② Programa de aplicativo - programa compilado usando um computador para resolver problemas de aplicativo , Tal como programa de projeto de engenharia, programa de processamento de dados, programa de controle automático, programa de gerenciamento empresarial, programa de recuperação de informações, programa de cálculo científico, etc.
1.3.3 Hierarquia do sistema de software e hardware
O sistema de computador é composto por um sistema de software + hardware multinível, a estrutura básica é a seguinte:
1.3.4 A equivalência lógica de software e hardware
① Recursos de software - fáceis de implementar várias funções lógicas e de cálculo, mas muitas vezes restritos por indicadores de velocidade e capacidade de software;
② Recursos de hardware - podem realizar funções lógicas e de cálculo em alta velocidade, mas é difícil implementar funções ou cálculos complexos e é controlado Limitações dos indicadores de complexidade.
O software no computador pode, teoricamente, ser "curado" ou "endurecido" em hardware para aumentar a velocidade de execução, resultando em estrutura e custo de hardware complexos e aumentados.
1.4 Indicadores de desempenho de sistemas de computador
1. Comprimento básico da palavra
①Os dígitos básicos de uma operação de dados;
②Isso afetará a precisão do cálculo e a função da instrução.
2.
Frequência externa Frequência externa ou frequência base, também chamada de frequência do relógio do sistema.
3. Indicadores de desempenho da CPU comumente usados
① Frequência principal da CPU = FSB ** fator de multiplicação *;
②IPS, o número de instruções executadas por segundo;
③CPI, o número de ciclos de clock usados para executar uma instrução, quanto maior for o CPI, o ciclo de instrução que o programa precisa executar Quanto mais o número for;
④FLOPS, o número de operações de ponto flutuante realizadas por segundo. Quanto maiores os FLOPS, mais operações de ponto flutuante executadas pela CPU por unidade de tempo e melhor o desempenho da CPU;
⑤ Consumo de energia da CPU .
Consumo de energia estática - composição do semicondutor da CPU, perda de corrente e tensão e sua própria perda;
consumo de energia dinâmica - energia consumida pela CPU para realizar operações aritméticas;
P = C × U ^ 2 × f C-carga capacitância U- —Tensão de trabalho f —— Frequência de trabalho
4. Taxa de transmissão de dados-largura de banda de largura de
banda = (largura de bits × frequência de operação) / 8 (B / S)
Significado físico - quantos dados são transferidos por unidade de tempo.
Atenção: Ao calcular a largura de banda do barramento PCI-E, o método de codificação, mas o modo duplex e o número de canais são geralmente considerados.
5. Capacidade de memória
① Memória / capacidade de armazenamento principal = número de unidades de armazenamento endereçáveis (dependendo do número de dígitos do código de endereço) * largura de bits da unidade de armazenamento (indicando a unidade de endereçamento;
② armazenamento externo / capacidade de armazenamento auxiliar—— A quantidade máxima de dados que a memória pode armazenar (disco U de memória externa ou semelhante);
muitas vezes expressa como-Byte, KB, MB, GB, TB. A
quantidade de memória externa não tem nada a ver com o número de bits do código de endereço de barramento, portanto, a memória externa pode Ilimitado
Persista na aprendizagem, relativamente difícil, mas absolutamente excelente.