硬件工程师培训教程（二）

硬件工程师培训教程（二）
第二节 计算机的体系结构
  一台计算机由硬件和软件两大部分组成。硬件是组成计算机系统的物理实体，是看得见摸得着的部分。从大的方面来分，硬件包括CPU(Central Processing Unit ——中央处理器)、存储器和输入/输出设备几个部分。
  CPU 负责指令的执行，存储器负责存放信息(类似大脑的记忆细胞)，输入/输出设备则负责信息的采集与输出(类似人的眼睛和手)。具体设备如我们平常所见到的内存条、显卡、键盘、鼠标、显示器和机箱等。软件则是依赖于硬件执行的程序或程序的集合。这是看不见也摸不着的部分。
  一、Von Neumann (冯. 诺依曼)体系结构
  Von Neumann 体系结构是以数学家John Von Neumann 的名字命名的，他在20 世纪40年代参与设计了第一台数字计算机ENIAC 。Von Neumann 体系结构的特点如下:
  ·一台计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备5 大部分组成。
  ·采用存储程序工作原理，实现了自动连续运算。
  存储程序工作原理即把计算过程描述为由许多条命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和所需的数据一起输入计算机存储器中保存起来，工作时控制器执行程序，控制计算机自动连续进行运算。Von Neumann 体系结构存在的一个突出问题就是，外部数据存取速度和CPU 运算速度不平衡，不过可以通过在一个系统中使用多个CPU 或采用多进程技术等方法来解决。
  二、CPU
  CPU 是计算机的运算和控制中心，其作用类似人的大脑。不同的CPU 其内部结构不完全相同，一个典型的CPU 由运算器、寄存器和控制器组成。3 个部分相互协调便可以进行分析、判断和计算，并控制计算机各部分协调工作。最新的CPU 除包括这些基本功能外，还集成了高速Cache(缓存)等部件。
  三、存储器
  每台计算机都有3 个主要的数据存储部件:主存储器、高速寄存器和外部文件存储器。主存储器通常是划分为字(典型的是32 位或64 位)或字节(每字含4 或8 字节)的线性序列。高速寄存器通常是一个字长的位序列。一个寄存器的内容可能表示数据或主存储器中数据或下一条指令的地址。高速缓存通常位于主存储器和寄存器之间作为从主存储器存取数据的加速器。外部文件存储器包括磁盘、磁带或日益普及的CD-ROM 等，通常以记录划分，每个记录是位或字节的序列。
  四、输入/输出(I/O )设备
  输入设备类似人的眼睛、耳朵和鼻子，负责信息的采集，并提交给CPU 处理。具体产品如键盘、鼠标和扫描仪等。输出设备类似人的手，执行大脑(CPU)发出的指令，可完成一定的功能，输出计算机的运算结果。具体产品如打印机、显示器和音箱等。