計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)
一 硬件組成
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，它們協(xié)同工作來運(yùn)行程序。計(jì)算機(jī)的基本硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成。運(yùn)算器、控制器等部件被集成在一起統(tǒng)稱為中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)。（標(biāo)黃這個(gè)需要記憶）CPU是硬件系統(tǒng)的核心，用于數(shù)據(jù)的加工處理，能完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算及控制功能。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器。前者速度高、容量小，一般用于臨時(shí)存放程序、數(shù)據(jù)及中間結(jié)果。而后者容量大、速度慢，可以長(zhǎng)期保存程序和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備合稱為外部設(shè)備(簡(jiǎn)稱外設(shè))，輸入設(shè)備用于輸入原始數(shù)據(jù)及各種命令，而輸出設(shè)備則用于輸出計(jì)算機(jī)運(yùn)行的結(jié)果。
二 CPU功能
中央處理單元(CPU)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，它負(fù)責(zé)獲取程序指令、對(duì)指令進(jìn)行譯碼并加以執(zhí)行。
三 CPU組成
CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部總線等部件組成
運(yùn)算器
運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元(Arithmetic and Logic Unit，ALU)、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器等組成。它是數(shù)據(jù)加工處理部件，用于完成計(jì)算機(jī)的各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算。相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接受控制器的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，所以它是執(zhí)行部件。
運(yùn)算器有如下兩個(gè)主要功能。
執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算，例如加、減、乘、除等基本運(yùn)算及附加運(yùn)算。
執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算并進(jìn)行邏輯測(cè)試，例如與、或、非、零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較等。
運(yùn)算器中各組成部件的功能
- 算術(shù)邏輯單元（ALU)。ALU是運(yùn)算器的重要組成部件，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。
- 累加寄存器(AC)。AC通常簡(jiǎn)稱為累加器，它是一個(gè)通用寄存器，其功能是當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù)邏輯單元執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算時(shí)，為ALU提供一個(gè)工作區(qū)。例如，在執(zhí)行一個(gè)減法運(yùn)算前，先將被減數(shù)取出暫存在AC 中，再?gòu)膬?nèi)存儲(chǔ)器中取出減數(shù)，然后同AC的內(nèi)容相減，將所得的結(jié)果送回AC中。運(yùn)算的結(jié)果是放在累加器中的，運(yùn)算器中至少要有一個(gè)累加寄存器。為ALU提供數(shù)據(jù)并暫存運(yùn)算結(jié)果
- 數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）。在對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，用DR暫時(shí)存放由內(nèi)存儲(chǔ)器讀/寫的一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字，將不同時(shí)間段內(nèi)讀/寫的數(shù)據(jù)隔離開來。DR的主要作用為：作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站；作為CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的緩沖；在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中，數(shù)據(jù)緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。
- 狀態(tài)條件寄存器（PSW)。PSW保存由算術(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容，主要分為狀態(tài)標(biāo)志和控制標(biāo)志，例如運(yùn)算結(jié)果進(jìn)位標(biāo)志（C）、運(yùn)算結(jié)果溢出標(biāo)志（V）、運(yùn)算結(jié)果為0標(biāo)志（Z）、運(yùn)算結(jié)果為負(fù)標(biāo)志（N）、中斷標(biāo)志（I）、方向標(biāo)志（D）和單步標(biāo)志等。這些標(biāo)志通常分別由 1 位觸發(fā)器保存，保存了當(dāng)前指令執(zhí)行完成之后的狀態(tài)。通常，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，而一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。 保存由算數(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容。
控制器
指令 = 操作碼 + 地址碼
例如：1 + 2 中 1 和 2 為地址碼； + 為操作碼。
運(yùn)算器只能完成運(yùn)算，而控制器==用于控制整個(gè)CPU 的工作，它決定了計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動(dòng)化。它不僅要保證程序的正確執(zhí)行，而且要能夠處理異常事件。==控制器一般包括指令控制邏輯、時(shí)序控制邏輯、總線控制邏輯和中斷控制邏輯等幾個(gè)部分。
指令控制邏輯要完成取指令、分析指令和執(zhí)行指令的操作，其過程分為取指令、指令譯碼、按指令操作碼執(zhí)行、形成下一條指令地址等步驟。
- 指令寄存器（IR）。當(dāng)CPU執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存儲(chǔ)器取到緩沖寄存器中，再送入IR暫存，指令譯碼器根據(jù) IR 的內(nèi)容產(chǎn)生各種微操作指令，控制其他的組成部件工作，完成所需的功能。保存當(dāng)前CPU執(zhí)行的指令（指令 = 操作碼 + 地址碼）
- 程序計(jì)數(shù)器（PC）PC具有寄存信息和計(jì)數(shù)兩種功能，又稱為指令計(jì)數(shù)器。程序的執(zhí)行分兩種情況，一是順序執(zhí)行，二是轉(zhuǎn)移執(zhí)行。在程序開始執(zhí)行前，將程序的起始地址送入PC，該地址在程序加載到內(nèi)存時(shí)確定，因此PC的內(nèi)容即是程序第一條指令的地址。執(zhí)行指令時(shí)，CPU自動(dòng)修改PC的內(nèi)容，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序來執(zhí)行的，所以修改的過程通常只是簡(jiǎn)單地對(duì)PC加1。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，后繼指令的地址根據(jù)當(dāng)前指令的地址加上一個(gè)向前或向后轉(zhuǎn)移的位移量得到，或者根據(jù)轉(zhuǎn)移指令給出的直接轉(zhuǎn)移的地址得到。
- 地址寄存器（AR）。AR保存當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。由于內(nèi)存和CPU存在著操作速度上的差異，所以需要使用AR保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。
- 指令譯碼器(ID)。指令包含操作碼和地址碼兩部分，為了能執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行分析，以便識(shí)別所完成的操作。指令譯碼器就是對(duì)指令中的操作碼字段進(jìn)行分析解釋，識(shí)別該指令規(guī)定的操作，向操作控制器發(fā)出具體的控制信號(hào)，控制各部件工作，完成所需的功能。對(duì)指令中的操作碼字段進(jìn)行分析解釋
時(shí)序控制邏輯要為每條指令按時(shí)間順序提供應(yīng)有的控制信號(hào)。總線邏輯是為多個(gè)功能部件服務(wù)的信息通路的控制電路。中斷控制邏輯用于控制各種中斷請(qǐng)求，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)的高低對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，逐個(gè)交給CPU 處理。
指令寄存器（IR)存放的是從內(nèi)存中取得指令，就像個(gè)中間站一樣，不過是存放指令的中間站
程序計(jì)數(shù)器(PC)存放的是指令的地址，還有計(jì)數(shù)的功能
地址寄存器(AR)存放的是cpu訪問內(nèi)存單元的地址
指令譯碼器(ID)是把操作碼解析成對(duì)應(yīng)的指令操作
PC：程序計(jì)數(shù)器（PC）保存下一條要執(zhí)行或解碼的指令的地址。
IR：指令寄存器（IR）保存當(dāng)前正在執(zhí)行或解碼的指令。
寄存器組
寄存器組可分為專用寄存器和通用寄存器。運(yùn)算器和控制器中的寄存器是專用寄存器，其作用是固定的。通用寄存器用途廣泛并可由程序員規(guī)定其用途，其數(shù)目因處理器不同有所差異。
用戶可見：通用寄存器組、程序狀態(tài)字寄存器（PSWR)、程序計(jì)數(shù)器（PC）、累加寄存器（ACC）
用戶不可見：指令寄存器（IR）、暫存寄存器（DR）、存儲(chǔ)器地址寄存器（MAR）、存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）
練習(xí)題（答案為加粗部分）
-
在CPU中，常用來為ALU執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算提供數(shù)據(jù)并暫存運(yùn)算結(jié)果的寄存器是 （1） 。（2014年上半年）
（1） A. 程序計(jì)數(shù)器 B. 狀態(tài)寄存器
C. 通用寄存器 D. 累加寄存器 -
屬于CPU中算術(shù)邏輯單元的部件是 （3） 。（2014年下半年）
（3） A. 程序計(jì)數(shù)器 B. 加法器 C. 指令寄存器 D. 指令譯碼器 -
CPU執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算或者邏輯運(yùn)算時(shí)，常將源操作數(shù)和結(jié)果暫存在 （1） 中。（2017年上半年）
（1） A. 程序計(jì)數(shù)器（PC） B. 累加器（AC）
C. 指令寄存器（IR） D. 地址寄存器（AR） -
以下關(guān)于CPU的敘述中，錯(cuò)誤的是 （1） 。（2009年下半年）
（1） A. CPU產(chǎn)生每條指令的操作信號(hào)并將操作信號(hào)送往相應(yīng)的部件進(jìn)行控制
B. 程序計(jì)數(shù)器PC除了存放指令地址，也可以臨時(shí)存儲(chǔ)算術(shù)/邏輯運(yùn)算結(jié)果
C. CPU中的控制器決定計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動(dòng)化
D. 指令譯碼器是CPU控制器中的部件 -
計(jì)算機(jī)指令一般包括操作碼和地址碼兩部分，為分析執(zhí)行一條指令，其 （5） 。（2010年上半年）
（5） A. 操作碼應(yīng)存入指令寄存器（IR），地址碼應(yīng)存入程序計(jì)數(shù)器（PC）
B. 操作碼應(yīng)存入程序計(jì)數(shù)器（PC），地址碼應(yīng)存入指令寄存器（IR）
C. 操作碼和地址碼都應(yīng)存入指令寄存器（IR）
D. 操作碼和地址碼都應(yīng)存入程序計(jì)數(shù)器（PC） -
在CPU的寄存器中， （5） 對(duì)用戶是完全透明的。（2011年下半年）
（5） A. 程序計(jì)數(shù)器 B. 指令寄存器
C. 狀態(tài)寄存器 D. 通用寄存器（書上沒提，這里單獨(dú)記憶一下。） -
CPU中譯碼器的主要作用是進(jìn)行 （6） 。（2011年下半年）
（6） A. 地址譯碼 B. 指令譯碼
C. 數(shù)據(jù)譯碼 D. 選擇多路數(shù)據(jù)至ALU -
在CPU中， （1） 不僅要保證指令的正確執(zhí)行，還要能夠處理異常事件。（2012年下半年）
（1） A. 運(yùn)算器 B. 控制器
C. 寄存器組 D. 內(nèi)部總線 -
計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過程中，需要由 （1） 產(chǎn)生每條指令的操作信號(hào)并將信號(hào)送往相應(yīng)的部件進(jìn)行處理，以完成指定的操作。（2019年上半年）
（1） A. CPU的控制器 B. CPU的運(yùn)算器
C. DMA控制器 D. Cache控制器 -
為實(shí)現(xiàn)程序指令的順序執(zhí)行，CPU （1） 中的值將自動(dòng)加1。（2010年上半年）
（1） A. 指令寄存器（IR） B. 程序計(jì)數(shù)器（PC）
C. 地址寄存器（AR） D. 指令譯碼器（ID） -
在CPU中用于跟蹤指令地址的寄存器是 （1） 。（2011年上半年）
（1） A. 地址寄存器（MAR） B. 數(shù)據(jù)寄存器（MDR）
C. 程序計(jì)數(shù)器（PC） D. 指令寄存器（IR） -
計(jì)算機(jī)在一個(gè)指令周期的過程中，為從內(nèi)存讀取指令操作碼，首先要將 （2） 的內(nèi)容送到地址總線上。（2016年下半年）
（2） A. 指令寄存器（IR） B. 通用寄存器（GR）
C. 程序計(jì)數(shù)器（PC） D. 狀態(tài)寄存器（PSW） -
CPU在執(zhí)行指令的過程中，會(huì)自動(dòng)修改 （1） 的內(nèi)容，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。（2018年下半年）
（1） A. 指令寄存器 B. 程序計(jì)數(shù)器
C. 地址寄存器 D. 指令譯碼器 -
計(jì)算機(jī)中提供指令地址的程序計(jì)數(shù)器PC在 （2） 中。（2020年下半年）
（2） A. 控制器 B. 運(yùn)算器
C. 存儲(chǔ)器 D. I/O設(shè)備 -
在CPU中，用 （1） 給出將要執(zhí)行的下一條指令在內(nèi)存中的地址。（2021年上半年）
（1） A. 程序計(jì)數(shù)器 B. 指令寄存器
C. 主存地址寄存器 D. 狀態(tài)條件寄存器
計(jì)算機(jī)基本單位與進(jìn)制
一 計(jì)算機(jī)基本單位
| 中文名稱 | 英文名稱 | 英文縮寫 | 轉(zhuǎn)換關(guān)系 |
|---|---|---|---|
| 位（比特） | bit | b | |
| 字節(jié) | byte | B | 1 B = 8b |
| 千字節(jié) | KB | K | 1KB = 1024B |
| 兆字節(jié) | MB | 1MB = 1024KB | |
| 吉字節(jié) | GB | 1GB = 1024MB | |
| 太字節(jié) | TB | 1TB = 1024GB了解: |
了解： 計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位： b
最小的操作單位： byte
二 進(jìn)制
1 概述
| 進(jìn)制 | 后綴表示 | 基數(shù) |
|---|---|---|
| 二進(jìn)制 | B | 0和1 |
| 八進(jìn)制 | O | 0-7 |
| 十進(jìn)制 | D | 0-9 |
| 十六進(jìn)制 | H | 0-9，A-F (0-15) |
基數(shù)是指一種進(jìn)制中組成的基本數(shù)字，也就是不能再進(jìn)行拆分的數(shù)字
2 進(jìn)制轉(zhuǎn)換
(1) 十進(jìn)制
n 進(jìn)制轉(zhuǎn) 十進(jìn)制
十進(jìn)制轉(zhuǎn)n進(jìn)制（除 n 取余法）
（2）二進(jìn)制
轉(zhuǎn)八進(jìn)制
轉(zhuǎn)十六進(jìn)制
轉(zhuǎn)十進(jìn)制，參考 （1）十進(jìn)制
（3）八進(jìn)制
轉(zhuǎn)二進(jìn)制
轉(zhuǎn)十六進(jìn)制
轉(zhuǎn)十進(jìn)制，參考 （1）十進(jìn)制
（4）十六進(jìn)制
轉(zhuǎn)二進(jìn)制
轉(zhuǎn)八進(jìn)制
轉(zhuǎn)十進(jìn)制，參考 （1）十進(jìn)制
3 進(jìn)制加減
（1）相加
規(guī)則: 逢 n 進(jìn) 1
（2）相減
規(guī)則: 借 1 轉(zhuǎn) n
練習(xí)題（答案為加粗部分）
類型1: 給你一個(gè)地址的范圍，問你有幾個(gè)存儲(chǔ)單元
假設(shè)地址范圍為[1,6]
存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) : (6 - 1) + 1 = 6
類型2：給你一個(gè)地址范圍，再給你一個(gè)芯片的大小，問你需要幾片芯片
假設(shè)芯片大小為 2，地址范圍為[1,6]
先計(jì)算存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)： (6 - 1) + 1 = 6
再計(jì)算需要多少片芯片： 6/2 = 3
1 示例1
內(nèi)存單元按字節(jié)編址，地址0000A000H?0000BFFFH共有 （2） 個(gè)存儲(chǔ)單元。（2012年上半年）
（2） A. 8192K B. 1024K C. 13K D. 8K
分析： 
答案： D
2 示例2
地址編號(hào)從80000H到BFFFFH且按字節(jié)編址的內(nèi)存容量為 （5） KB，若用 16K x 4bit 的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成該內(nèi)存，共需 （6） 片。（2013年上半年）
（5） A. 128 B. 256 C. 512 D. 1024
（6） A. 8 B. 16 C. 32 D. 64
分析:
答案: 256 32
3 示例3（%）
設(shè)用 2K x 4 位的存儲(chǔ)器芯片組成 16K x 8 位的存儲(chǔ)器（地址單元為0000H?3FFFH，每個(gè)芯片的地址空間連續(xù)），則地址單元0B1FH所在芯片的最小地址編號(hào)為 （4） 。（2010年下半年）
（4） A. 0000H B. 0800H C. 2000H D. 2800H
存儲(chǔ)器是8bit的，而芯片是4bit的。因此需要用兩片芯片構(gòu)成一個(gè)8bit的
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-813701.html
地址單位 0B1FH 位于 0800H~0FFFH之間， 因此最小地址編號(hào)為 0800H文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-813701.html
到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟考版）----計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、基本單位與進(jìn)制（1）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
