全面认识计算机

   一直在学习计算机软件的知识,包括各种编程语言,数据结构,算法子类的知识。最近,思考编写的程序是怎样运行的,怎样呈现出多彩多样的功能效果的。即计算机最底层是怎样实现这些的,发现这些并不是很清楚。于是决定深入学习一下计算机的组成原理。

  这部分学习我的思路是:从先了解整个系统,然后将系统划分模块,然后在深入学习各模块的知识。这样学习,能够将所学的知识,串到一起,形成自己的知识体系。而不是一开始就抓细节,导致最后都不知道自己学的是什么了。

  一.什么是计算机:

  1.计算机的一般定义是:是一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成。【从定义看出,计算机最基本的功能就是进行计算】

  2.计算机的组成:
    

    从这幅图中,可以将计算机从硬件软件两方面来进行分析.

    我们看一台电脑,往往关心它的主机。

   主板:主机中的的核心是主板,作为一个载体,将cpu,总线,以及管理接口的器件(称为桥)组装在一起,从而形成宏观的主机系统.

     1.PC的主板一般有芯片组(1~3块芯片,一般有两块即北桥芯片和南桥芯片)和相应部件的插槽(如内存条)构成;

       2.北桥芯片作用:北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片,这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切,为了提高通信性能而缩短传输距离。
                 1).决定主板的规格,对硬件的支持以及系统的性能
                 2).连接着cpu,内存和AGP总线(连接显卡);
                 3).决定主板支持哪种处理器,支持何种显卡,支持什么频率的内存条;
                 4).工作频率高,发热大,一般都覆盖着散热片;起主导作用,称为主桥;芯片组的名称一般以北桥的名称来命名的。

     3.南桥芯片
      1).南桥芯片负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器,键盘控制器、实时时钟控制器、高    级电源管理等,这些技术一般相对来说比较稳定,所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的,不同的只是北桥芯片。
      2).决定主板的接口,该芯片提供各种接口(如串口,USB),PCI总线,串行ATA(接硬盘,光驱),PCIE总线(接声卡,    RAID卡,网卡等)都归南桥芯片控制。

    PC主板结构图:

      

   主板这些器件,显示计算机系统的外部特性,而计算机真正的处理原理的了解就要深入了解相应的器件---CPU。

  CPU:cpu是由控制器,计算器,寄存器组成,因此可以知道cpu的功能:
     1.控制功能:

      (1)指令控制(保证程序顺序执行);
                 (2)操作功能:程序执行时变成若干条指令,这些指令按照顺序执行;而一条指令完成需要若干个微操作命令信号,通过这些微操做信号作用于CPU内部和外部的不同部件上,完成指令的功能。CPU必须按照每条指令功能要求,产生操作信号并对信号进行控制,从而完成每条指令说要求的操作。从而实现程序的功能。
                (3)时间控制:CPU 控制指令执行过程中信号加载的顺序。
     2.计算功能:
                (4)数据加工:对数据进行算术,逻辑运算
                (5)中断处理:

        二.cpu是怎样控制硬件部件从而执行程序的:

             首先,高级语言编写的程序通过编辑,编译,链接,而形成二进制文件。每条二进制指令在CPU内执行,当所有的二进制指令自行完成时,该程序的任务就完成了。执行每条二进制指令时CPU需要控制相应的部件(如加法器),来完成指令的功能。而部件作为硬件,需要相应的电信号(高低电压表示0和1)来进行工作,而每条微指令对应相应的电信号;可以知道,cpu里识别的微指令的数目是一定的(即指令集),只是不同的指令需要不同的微指令组合然后就能实现各种功能。每条指令需要若干条的微指令,来完成功能,而这些指令的执行都是需要cpu管理,CPU通过将二进制的指令分解成相应的若干条微指令,通过控制相应的部件进行协作,从而完成每条二进制指令的功能.

     

     了解这些我们可以将见到的PC按照这样从整体到局部的方式划分,从而很容易了解每部分的组成和原理。这里大致知道了主机的组成部分,以及CPU的内部工作原理和结构。深入了解CPU的话,需要进一步了解CPU的各个部件的内部结构,和工作原理。

原文地址:https://www.cnblogs.com/beijixingzhiguang/p/3426142.html