计算机系统组成与体系结构.pdf

简介：
本书详细介绍了计算机系统的构成要素及其相互关系，探讨了现代计算机体系结构的设计原则和技术，旨在帮助读者理解计算机硬件的工作原理及优化方法。 计算机体系结构是计算机科学中的基础概念之一，涵盖了冯诺依曼架构、存储程序理念、中央处理器（CPU）、寄存器以及输入输出设备等方面的内容。 1. 冯诺依曼架构 现代计算机系统的基础在于冯诺依曼架构，它包括了存储程序的概念和各种硬件组件如内存、CPU等。此结构的精髓是将数据与指令共同保存在内存中，从而让计算机能够执行复杂的任务并根据需要更换不同的软件。 2. 存储程序概念 存储程序理念构成了冯诺依曼模型的核心部分，它允许机器同时持有运行所需的代码和处理的数据信息。具体来说，高级语言中的变量、数组等会被转换为机器码形式储存于内存中；而命令则会以指令的形式存在于另一段内存区域。 3. 中央处理器（CPU） 作为计算的“大脑”，CPU肩负着执行操作及管理数据的重要职责。它主要由算术逻辑单元(即ALU)、寄存器和控制组件构成，分别用于处理数学运算与判断任务、临时存储信息以及解析指令并指挥整个流程。 4. 寄存器 位于CPU内部的高速缓存区称为寄存器，它们主要用于保存短期内需要用到的数据。根据功能不同，可以将这些小内存单元划分为数据型、地址定位型和程序计数类型三种。 5. 输入输出设备 输入/输出装置则是计算机与外界沟通的关键接口，通过特定的设计方案能够屏蔽掉各种外部硬件的具体物理特性，并使其在系统中以统一的方式被使用。例如，“IO映射”技术就很好地解决了这一问题，它将所有外设的细节隐藏起来，使它们看起来就像是内存的一部分。 综上所述，计算机体系结构是理解计算机科学不可或缺的知识点之一，涵盖了从基本框架到具体组件等多个层面的内容。