从外太空俯视计算机硬件组成

计算机组成对我们来说不陌生,见下图所示

我现在使用的电脑就是由下图中所示的各种"组件"构成

图(1)

根据冯*诺依曼理论,计算机可以抽象成下图(2)所示的样子

只有三个抽象的组件构成,处理器Processor,内存Memory,输入输出设备I/O Facilities

图(2)

上图(2)三个抽象的组件CPU,Memory以及IO设备又由集成电路和其它材料构成

其中CPU的架构和工艺最为复杂,其内部又可以抽象成下图(3)

图(3)

由图(3)可以看到,CPU内部由ALU(Arithmetic Logical Unit算术逻辑单元),控制器Controller和寄存器Local Storage以及其它如导线等构成

算术逻辑单元ALU由一系列的逻辑电路构成,例如与门,或门,非门等,逻辑电路由是由晶体管构成,晶体管由硅和锗等材料制作

逻辑电路在计算机系统中占据着非常重要的地位,除了上边提到的与或非门电路外,还有其它一些非常重要的电路例如触发器Flip-flop,计数器Counter,振荡器Clock等.

当把基本的电路组合后又产生了集成电路,从而可以完成更多的工作.比如由基本的逻辑电路组成的选择器最终演化成了CPU中的Controller,触发器则最终构造成了基本的寄存器以及时钟和计数器,再例如由或非门构成出来的半加器可以执行加法中的进位逻辑,再配合以其它的电路则可以把半加器最终构成为全加器;

以全加器为基础,又诞生了更多的可以执行减乘除法等数学运算的更高一级的集成电路;

在CPU中把相类似的运算单元合在一起又称为指令集,如果放在其它特定的设备上就叫某某芯片,只是概念的不同而已,其本质都是逻辑电路.

下图(4)简要的概括了组成计算机的抽象组件以及其实现方式

图(4)

 

本系列文章产生原是为了弥补作者自己的知识短板,想到对其他朋友可能有些许帮助,于是将之前的读书笔记重新组织并勘误后撰写此文,即使如此仍难免错误之处,请方家斧正~

 

     电磁感应

     继电器Relay

     晶体管Transistor

     逻辑电路

          与门And

          或门Or

          非门Inverter

          与非门Nand

          或非门Nor

          异或门Xor

     振荡器Clock

     触发器Flip-Flop

     计数器

     分频器

     选择器

     寄存器

     半加器/全加器

 

参考书籍

Essentials of Computer Architecture-Douglas E. Comer

Code:The Hidden Language of Computer Hardware and Software