中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出設備

知識體系都是由淺入深進行學習的,在基本瞭解了計算機的運行原理之後,就需要來深入的瞭解計算機最重要的三大硬件組成部分,中央處理器,存儲器,外部設備。接下來的三個章節就是依次介紹這三大硬件設備。


中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出設備


中央處理器是計算機系統的大腦,它負責控制整個計算機系統的運轉。它由控制部件和數據通路兩個大的部分組成。控制部件主要產生控制信號,來對存儲器中的數據進行控制安排。數據通路主要負責將控制信號發出的指令在處理器內部進行安排執行。從整體來看,處理器就是把存儲器的數據拿到自己手上,經過內部一系列處理,輸出結果放回存儲器,最終呈現給用戶。比如你輸入1,處理器將得到的信息1拿進自己的內部進行運算對比,最終找到1是對應的黃色,就把黃色控制輸出呈現給用戶。


中央處理器主要組成部件是程序計數器(PC)、指令寄存器、指令譯碼器、啟停控制邏輯、時序信號產生部件、操作控制信號形成部件、總線控制邏輯、中斷機構。編輯好的程序首先存儲在存儲器裡,將程序裡面的第一條指令先從存儲器裡取出放在程序計數器裡,PC的功能就是不斷把程序裡面的下一條指令取出再送往CPU裡面的指令寄存器,然後再送到指令譯碼器裡對指令進行翻譯,翻譯的意思是什麼呢?就是把0和1組成的指令參照一定的指令系統規則變換成電子脈衝,姑且把電子脈衝比喻成紅綠燈吧,譯碼器將指令翻譯成對應的控制信號,是紅燈就對系統發出暫停的信號,是綠燈就發出通行的信號,這樣就把每一條指令轉化成的控制信號。由操作控制信號形成部件對翻譯出來的信號進行產生,由時序信號產生部件對生成的信號按照一定的頻率根據線路中的電流輸送到系統內的各個部件上,各個部件再根據接收到的信號形成相對應的操作以達到對整個系統的控制。


CPU的好壞為什麼是決定電腦性能的主要指標呢?當我們打大型遊戲的時候之所以出現卡頓,就電腦本身的原因來說就是因為我們在打遊戲的過程中會傳輸非常多的信息和控制信號由CPU處理,當CPU處理信息的速度不夠快的時候,就會出現卡頓,所以信息處理速度是衡量CPU以及電腦非常重要的一個指標。


中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出設備


CPU負責處理信息,存儲器則負責儲存信息供CPU使用,通常所說的電腦內存是直接和CPU連接並且直接給CPU提供信息的存儲器。因為CPU處理信息的速度非常快,所以要求內存給它提供相應信息的速度也要非常快,這就對內存的材料要求就比較高了,好的材料才可以滿足這種條件,所以價格就比較貴,一般我們電腦的內存只有8G或者4G是因為這樣整體電腦價格能便宜,同時基本能滿足CPU對信息供應量的要求。但是目前的應用軟件和個人數據這麼多,8G或者4G根本不夠越來越多的軟件和用戶對數據儲存量的要求,所以電腦裡面增加了一塊存儲數據的位置給硬盤。硬盤不直接提供數據給CPU進行處理,硬盤裡的數據是先被CPU以部分數據打包的形式先調用到內存裡面,然後CPU再直接和內存交換數據。相當於硬盤是內存的後援補充,內存在前線。這樣的好處在於硬盤不直接和CPU進行數據交換,有內存作為緩衝,所以對數據交換的速度要求就沒有那麼高,材料相對可以靈活選擇,所以可以用便宜一點的材料把硬盤的存儲量做大一些,我們電腦裡面的C盤,D盤,E盤,F盤都是硬盤的存儲量進行劃分出來的用於顯示給用戶的可以存儲信息的地方。


存儲器主要可以由兩種材料組成,一種是半導體,一種是磁體。半導體這種材料有兩面性,一面導電,一面不導電,可以對應數據裡面的0和1兩種狀態,所以可以規定半導體的一面表示為0,一面表示為1,這樣對信息進行存儲。磁體分為N極和S極,也可以對應代表0和1兩種狀態來進行數據存儲。半導體材料的價格貴,但是數據傳輸速度快,一般我們用到的內存,移動硬盤,U盤都是半導體材料做的。磁體價格便宜,但是數據傳輸速度相對不高,移動磁盤等是屬於磁體材料。


計算機裡面除了CPU和內存還有線路以外的所有設備都叫做外部設備,外部設備包括鼠標,鍵盤,顯示器,打印機,外部存儲器。這些設備和電腦內部進行連接的接口叫I/O接口,I/O接口負責協調和安排外部設備和CPU內存進行連線對接,比如它要識別現在連接進來的是鼠標還是鍵盤,或者負責把打印機裡面的數據和CPU處理的數據進行協調交換等等。不同的接口會有不同的對應程序來處理與該接口連接的設備,如果有的外部設備是計算機接口裡面內置的程序處理不了的,就要安裝該外部設備對應的驅動程序好讓接口能夠適應該外部設備以便連接處理。外部設備連接上CPU內存後,每當外部設備進行操作發出信號後,CPU通過內存裡面預先存儲的對應程序來按步驟進行操作處理,最終呈現結果。


中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出設備


學到這裡基本就能對整個計算機的工作及組成原理做到心中大概有數了(細節部分不去深入總結),高效學習,整體學習,部分研究。第一本書到此結束。


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