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计算机组成原理

time: 2018.12.29

重要性

计算机组成结构，同计算机操作系统一起，作为计算机应用编程的2大基石。
一名卓越的软件工程师，对于这2者不说精通原理，但是要做到其基本结构与实现功能要了然于胸。

虽然说大学学了这些课程，但是不知道它学来干嘛，都是混过去的，现在工作中学习、拓展视野需要它们，现在重新捡起来吧。

  1. 知晓原理：知道常规开发的软件，是如何运行起来的
  2. 技术扩展：不再受限于前端开发 + 服务端开发，也要拓展学习 服务器开发、网络开发、人功智能、计算机硬件 等技术，在前端发展到尽头，难不成不吃饭了？

学习计划安排：
回到成都，待租房稳定下来，开始组装台式机，将台式机各组件同书上计算机组成做对比，看各部分的集成情况；
计算机操作系统在计算机组成原理搞定之后，立马开始学习

1 计算机基本架构

  1. cpu
  2. 内存
  3. io 总线、总线接口：地址总线、数据总线、控制总线，连接各设备的线作用不同
  4. 其他输入输出设备：显示器、鼠标、键盘、usb、磁盘等

2 内存基本介绍

存储：电荷、磁极
输入：电流信号
输出：电流信号

内存用于存储数据，是通过 cpu 来操作，通过总线传递信息。存放在内存中的数据就是 0 和 1。

内存的实现方式

  1. 磁盘：通过磁极的不同来表示01；通电增强磁性，改变数据；磁头扫描，通电返回感应电流表示状态
  2. 纸袋打孔：有孔1，无孔0
  3. 电容电压改变(电荷差)：高电位1，低电位0，写入数据就是注入电荷的过程，读数据就是放电荷的过程，为了保存数据，读完之后数据需要恢复也就需要再次充电。实际物理存储就是 晶体管 + 电容器
  4. 脉冲信号：脉冲波，波峰1，波谷0

问题：知道了这些存储方式，那么如何去读取呢？

  1. 内存模块是如何提供读取接口的？通电感知电荷、电压
  2. 总线是如何传递数据的？
  3. 控制器是如何处理这段指令的？电流

汇编每一条语句就对应一条二进制指令

3 cpu 工作原理

3.1 cpu 基本构成

  1. pc 寄存器：程序计数器，存储的是PC中存放下一次访存的cpu执行指令地址
  2. 通用寄存器
  3. 算术逻辑单元：运算器、控制器集合
  4. 对外总线接口

每个类型的 cpu，都有其固定的执行规则，即存储数据之后应该返回数据的第一条指令地址等规则。

3.2 寄存器原理

什么是寄存器？
答：每个寄存器由多个锁存器构成，每个锁存器保存一个 bit 信号。锁存器：逻辑电路 + 电容 + 晶体管。

3.3 控制器原理

控制器是什么？是逻辑电路，通过输入不同的电流信号，由自身的电路连接、电阻值来改变电流流转及信号

执行流程

  1. 将二进制代码的第一条指令的地址放入 pc 寄存器
  2. 根据 pc 寄存器中的指令地址，通过地址总线，前往内存读取真实指令
  3. 内存器收到地址，根据地址查看真实二进制指令，并返回二进制指令，并放入数据总线接口
  4. 控制器根据收到的指令数据，分析并执行具体指令