【計算機組成原理】計算機系統

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畫一個計算機結構圖

從抽象的圖中可以看到計算機硬件是由CPU、總線、適配器、存儲器組成的。

• CPU中又包括：運算器（ALU）、控制器（CU）、高速緩存（Cache）等
• 存儲器包括：主存儲器、外部存儲器（硬盤、U盤、光驅等）
• 總線包括：I/O總線、內存總線、系統總線等
• 適配器包括：圖形適配器（顯卡）、網絡適配器（網卡）等

馮諾依曼計算機的主要設計思想是什麼? 他包括哪些主要組成部分?

1. 馮諾依曼計算機的設計思想：解題的程序（指令序列）存放到存儲程序，而控制器依據存儲程序來控制計算機協調完成計算任務。同時它也是機器進行自動化工作的關鍵。
2. 主要包括內容爲：運算器、存儲器、控制器、適配器輸入輸出。
   

什麼是存儲容量?

存儲器所有存儲單元的總數稱爲存儲器的存儲容量。
存儲容量的以字節(Byte)爲基本單位, 如KB、MB、GB、TB等。 存儲容量越大 ，表示計算機記憶儲存的信息越多。
字長（Word）是以比特（bit）爲單位，它指的是計算機一次操作處理的數據量，因此計算機的字長越大相應的性能越高，另外字長影響主存大小，32位字長計算機最多支持4GB內存，而64位計算機最高支持64GB內存。

什麼是單元地址?

存放一個機器字的存儲單元，通常稱爲字存儲單元，相應的單元地址叫字地址，即字（word）地址就是單元地址。
爲什麼稱之爲單元地址呢？因爲計算機處理數據並不是一次處理一個bit（那樣效率太低），計算機處理（CPU的運算器處理）數據是一塊一塊處理的，這個“塊”就是“字（word）”，即計算機一次處理的數據量的大小。

什麼是數據字?什麼是指令字?

如果某字代表要處理的數據 ，則稱爲數據字。
如果某字爲一條指令 ，則稱爲指令字 。
例如在一個字長爲8bit的計算機中，如果0000 0101位數據字，那麼他就代表值爲5的數據。
如果0000 0101爲一個指令字，那麼它可能表示一個**“加”操作的指令或者“減”操作的指令**。

指令和程序的關係

指令是構成程序的元素。程序是多個解決問題的指令和數據的序列。
指令：加減乘除，移位，拷貝，刪除，入棧，出棧等操作。

什麼是內存?

內存就是主存儲器，用於臨時存儲CPU進行操作時的數據和指令, 斷電後數據消失。

什麼是外存?

與內存的最大的不同點是數據持久存儲, 用來存儲計算機將要使用和未來可能要使用的數據.
常見的外存有硬盤、U盤、光驅。

什麼是CPU?

CPU（Central Process Unit）即中央處理器，是解釋（或執行）存儲在主存中指令的引擎，主要功能是控制程序執行和進行運算操作。

處理器工作流程:

• 加載: 從主存複製一個字節或一個字到寄存器, 以覆蓋寄存器原來的內容.
• 存儲: 從寄存器複製一個字節或者一個字到主存的某個位置, 以覆蓋這個位置原來的內容.
• 操作: 把兩個寄存器的內容複製到ALU, ALU對這兩個字做算術或邏輯運算, 並將結果存放到一個寄存器中, 以覆蓋該寄存器中原來的內容.
• 跳轉: 從指令本身抽取一個字, 並將這個字複製到程序的計數器中, 以覆蓋原來計數器中的值.

什麼是適配器? 簡述器功能.

由於設備種類繁多且速度各異 ，因而它們不能直接與高速工作的主機相連接 ，而是通過適配器部件與主機相聯繫 , 這種適配部件就是適配器，用來處理數據之間的轉換。常見的適配器有網卡、顯卡。

網卡&顯卡部件

現代計算機系統如何進行多級劃分的, 這種分級觀點對計算機設計會產生什麼影響?

計算機系統層次結構劃分如下圖：

• 第1級是微程序設計級或邏輯電路級。這是一個是實在在的硬件級，程序由硬件之間執行。
• 第2級是一般機器級， 也成爲機器語言，它有微程序解釋節指令系統組成，這一層也屬於硬件級別。
• 第3級是操作系統級，他有操作系統的程序實現。 這些操作系統由機器指令和冠以指令組成，廣義指令由操作系統定義和解釋，因此這一級也成爲混合級。
• 第4級是彙編語言級，提供一種符號形式編程語言，供程序編寫程序。
• 第5級是高級語言級，它是面向用戶的，爲了方便用戶編寫應用程序而設置的。

顯然 ，採用這種用一系列的級來組成計算機的概念和技術 ，對了解計算機如何組成提供了一種好的結構和體制 。而且用這種分級的觀點來設計計算機 ，對保證產生一個良好的系統結構也是很有幫助的 。

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