计算机工作原理(摘自百度百科,有删改)
发布日期:2021-05-08 02:10:25 浏览次数:28 分类:精选文章

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计算机的基本原理是存储程序和程序控制。程序是预先编排的指令序列,明确规定了计算机如何操作。这些指令和原始数据通过输入设备输送到内存中,计算机从内存中依次取出指令并执行,直到遇到停止指令(HALT)。

计算机的工作原理可以分为几个关键环节:取指令、执行指令和存储结果。CPU通过指令指针(PC)确定当前指令地址,将指令读入程序寄存器(IR)后解码并执行。整个过程依次进行,直至程序结束。

8种计算机属性

  • 机内数据表示:硬件能直接操作的数据类型和格式
  • 寻址方式:最小可寻址单位、寻址方式种类、地址运算
  • 寄存器组织:操作寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则
  • 指令系统:机器指令的操作类型、格式、指令间排序和控制机构
  • 存储系统:最小编址单位、编址方式、主存容量、最大可编址空间
  • 中断机构:中断类型、中断级别、中断响应方式等
  • 输入输出:输入输出连接方式、数据交换控制
  • 信息保护:信息保护机制
  • 指令与程序

    计算机根据预设指令进行数据处理。运算指令执行算术和逻辑运算,数据搬移指令负责内存数据的移动,控制指令管理程序流程,状态管理指令协调系统运行。内存以字节为单位编址,每个存储单元包含8位二进制数。

    x86与x64架构

  • 内存寻址能力:32位系统寻址空间为4GB,64位系统可达128GB以上。
  • 运算速度:64位指令集提升数据处理效率,理论上性能翻倍。
  • 设计初衷:64位系统优化高性能计算和大型内存应用。
  • LC-3模拟计算机

    LC-3的指令集包括TRAP指令(如GETC、OUT、PUTS、IN、HALT等),用于控制数据读取、存储和程序终止。

    硬件组成

  • CPU:核心处理器,包含控制器、运算器和寄存器。
  • 控制器:指令分析、地址计算和控制各部件操作。
  • 运算器:执行算术和逻辑运算。
  • 存储器:包括内存(RAM、ROM)和外存。
  • 输入输出设备:处理数据交换和信号传输。
  • 总线:地址总线(AB)、数据总线(DB)、控制总线(CB)。
  • 技术指标

  • CPU类型:决定系统性能和功能。
  • 字长:CPU一次处理的二进制位数。
  • 时钟频率:反映CPU基本工作节拍。
  • 运算速度:每秒执行指令数量。
  • 存取速度:存储器读写时间。
  • 内存容量:系统可用内存空间。
  • 计算机演变

  • 早期计算机:如机械计算机、电子计算机。
  • 存储器发展:内存和外存技术进步。
  • 操作系统:如UNIX、Windows的引入。
  • 这一系列技术进步使计算机从专用工具演变为通用计算设备,广泛应用于各个领域。

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