微机结构

经过两个月的课程，陈老师为我们讲到微机结构，以下是我在课上学习到的内容。主要是总线、CPU、控制器、微机指令系统、存储器和I/O接口。
计算机硬件的基本结构：运算器、存储器、控制器和输入输出设备。运算器和控制器合称为CPU（中央控制器），微机结构采用总线结构来实现相互之间的信息传送。
提到了总线，总线（Bus）是CPU、内存储器和I/O接口（主机）之间相互交换信息的公共通路，其工作方式是分时工作，即公共通道轮流使用。总线分三条，数据总线（双向总线），地址总线和控制总线。
还有CPU，引脚的组成，第一是三条总线，其次为电源（在引脚上显示为VCC、GND）,最后是时钟信号（CLK）。CPU的四个功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。现代CPU的基本组成主要有：运算器、控制器和Cache（高速缓冲存储器）。
控制器的组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器。
控制器的主要功能：1）从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。
2）对指令进行译码或者测试，并产生相应的操作控制信号，以便于启动规定动作（指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间数据流动的方向）
微机指令系统，计算机的程序是由一系列的机器指令组成的，指令是计算机执行某种操作的命令。计算机中所有的机器指令的集合就是计算机的指令系统，对其性能的要求就是完备性、有效性、规整性和兼容性。在之前学到，计算机语言分为低级语言和高级语言，低级语言分为机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），两者都是面向对象的语言，与具体机器的指令系统密切相关，还介绍到指令格式这个概念，表示一条指令的机器字。还介绍到微机的三种周期：
（1）指令周期：取出并执行一条指令的时间。
（2）机器指令：常用若干个CPU周期数来表示，用内存中读取一个指令字的最短时间来规定。
（3）时钟周期：一个CPU周期时间包含若干个时钟周期，由传入CUP的CLK引脚的方波周期信号确定。
三个周期之间的关系：一个指令周期由若干个机器周期组成，一个机器周期由若干个时钟周期组成。
存储器，对程序员来说，高速存储器是透明的，透明这个词很有意思，也就是说无论内部如何实现，提供的对外接口都是一致的，调用接口的人无需关心其内部实现原理。
存储器的分类：随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，存取时间和单元的物理位置无关。
顺序存储器：相反，只按照某种顺序存取，存取时间和物理位置有关。
随机只读存储器ROM：存储内容不变，只能读出而不能写入
随机读写存储器RAM：又能读出又能写入。
非永久记忆存储器：断电后信息即消失。 永久记忆存储器：断电后仍能保存信息（例如磁盘）
高速缓存存储器：以空间换取时间，但是空间牺牲不大。
I/O接口，是处于系统与外设之间，用来协助完成数据传送和传送控制任务的一部分电路。
I/O接口的功能：对输入输出数据进行缓冲、隔离和缓存，信号转换，I/O端口提供寻址功能，I/O接口为CPU和I/O设备之间提供联络。