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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 计算机硬件组成架构分析研究 作者：王海东 来源：《世界家苑·学术》2018年第07期 摘 要：在进入二十一世纪之后，计算机行业的发展速度非常快，不仅使计算机领域焕然一新，也极大地改变了人类社会的面貌，给人们的日常生活带来了巨大的便利。与此同时人们对计算机的理解也更加的深刻，而随着人们对计算机需求的不断提高，计算机的运行速度和处理能力也越来越强。计算机包括硬件和软件两部分，硬件主要负责计算机的基本运行，而软件主要面向用户端，负责改善用户的使用体验，满足用户的多样化需求。硬件系统对计算机的重要程度是显而易见的，本文就对计算机硬件组成架构进行分析。 关键词：计算机硬件；组成；架构 计算机行业的发展离不开计算机硬件的发展，可以说硬件是计算机的基础。计算机硬件也经历了漫长的发展，先是电子管数字计算机，然后出现了晶体管数字计算机，紧接着集成电路数字计算机和大规模集成电路数字计算机出现，计算机硬件的发展也使得计算机的处理能力不断提高，满足了人们的使用需求。想要真正理解计算机，就必须要深入理解计算机的硬件组成和硬件架构。以下，本文就对计算机硬件组成与架构进行分析。 一、计算机硬件系统组成 计算机硬件系统主要由中央处理器（CPU）、储存器、输入输出设备组成。其中CPU是计算机的核心，其功能是运行计算机的各种基础指令，是计算机正常运行的基础，如果CPU出现故障或者是损坏，那么计算机就不能完成运算甚至是不能成功启动。储存器是计算机的数据储存系统，主要用于临时或永久的存储数据，或者是供其他硬件调用储存在储存器中的数据。储存器分为内存和外存，内存主要是面向CPU，用于储存CPU计算过程中所使用的临时数据，内存的存取速度较快，但是容量较小。外储存器属于外部设备，面向用户，其主要储存用户在使用过程中的各种数据，存取速度较慢但是容量较大。输入输出设备主要用于向计算机中输出信息或者是将计算机中的信息输出出来。人们所熟知的键盘、鼠标、摄像头、麦克风、音箱、打印机都是输入输出设备之一。 二、计算机硬件框架 上文已经分析了计算机硬件组成，接下来就对计算机的硬件框架进行分析，通过对硬件框架进行分析，我们可以深入理解计算机是如何完成其功能的。 （一）总线 总线是计算机硬件之间的连接线，简单来说，CPU、储存器、鼠标键盘等硬件设备就是通过总线连接起来的，如果计算机的总线损坏，那么计算机的硬件之间的联系就被切断了，计算龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 的功能就会收到影响。总线是一种电子线路，总线中有大量的信号进行传递。如果将总线能够传送的若干字节看作是一个字，那么字的位数就是字长。总线宽度是衡量计算机性能指标的一个非常重要的参数，一般来说，总线宽度约宽，那么总线单位时间内能够传输的信息长度也就越长，计算机就可以完成更多的操作，我们就说这个计算机的性能更加优良。一般来说，离CPU越近的总线传输信息的速度就越快，离CPU越远的总线传递信息的速度就越慢。总线中传输的信息主要分为控制信息、地址信息、数据信息，所以总线也分为控制总线、地址总线和数据总线。所谓的控制信息指的是能够对计算机信号进行控制的信号，包括时钟信号、复位信号、总线请求信号、总线允许信号、中断信号、中断响应、存储器读写信号、I/O读写信号、传输响应信号。控制信号有些是输入信号，也有些是输出信号，但是他们对计算机的正常运行都是至关重要的。地址总线主要是完成读写计算机内存物理地址的交换。数据总线主要是完成CPU和输入输出设备之间的数据交换。 （二）I/O 计算机想要对外部硬件设备进行访问和使用，就必须要配置一种合适的策略去访问这些外设，让外部设备的功能得以发挥。虽然从程序的角度来看，I/O操作仅仅是执行几条I/O指令，但是在执行I/O指令的时候有许多判断和等待，所以I/O操作实际上是非常的复杂的，他也会在一定程度上影响CPU的处理速度。影响程度与外部设备操作数据的快慢和多少有关。所以就逐渐出现了三种处理方式。 第一种是程序轮询方式。程序轮询方式指的就是CPU在进行某个操作之前，不断的查询外设的状态信息，如果外设没有对CPU的查询指令予以回应，那么CPU就持续进行询问，一直到外设予以回应表明自己准备好了，CPU在进行指令操作。这种处理方式简单直接，但是会浪费大量的时间，如果外设的回应较为迟钝，那么必然会浪费大量的时间，造成处理效率的下降。 第二种方式是中断通知方式。所谓的中断通知方式指的是在外设准备完成之后，由外部设备主动给CPU发送一个信号，以此来告诉CPU外设已经准备完毕。中断通知方式和程序轮询方法最大的不同就是在中断通知方式下，CPU不必再重复的执行询问操作，这可以将CPU解放出来进行别的操作，同时总线也可以从CPU的轮询中解放出来，所以这种方式的效率要高于程序轮询方式。 第三种处理方式是DMA方式。DMA方式近年来非常的火热，所谓的DMA模式就是让外部设备直接从存储器中读取数据，也可以直接将数据写入到存储器当中，而不必再通过CPU来完成写入和读取。这种方式比中断通知方式更加的高效。因为中断通知方式和程序轮询方式相比虽然CPU不再进行重复询问，但是外部设备数据的读写仍然是通过CPU完成的，即外部设备在准备就绪之后访问CPU通过CPU进行数据的读取和写入。而DMA方式将外部设备与CPU的联系完全切断。这能够将CPU从I/O操作中完全的解放出来，再一次提高了效率。 （三）物理地址空间 本文来源：https://www.dywdw.cn/517276305aeef8c75fbfc77da26925c52cc5916f.html
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2023-01-13
