常见的计算机结构有哪些，计算机的基本组件是什么样的？

有些人想知道计算机的基本组件是什么样的？和常见的计算机结构有哪些的题，但是又不知道真假，小编为你详细的解说吧！

前言

大家好，我是葫芦娃。以前流行的是C、C++java、spring。现在流行springcloud、docker、微服务、k8s云原生等概念。各种新技术已经出现。然而，计算机的基本原理在过去几十年里并没有太大变化。与其不断尝试新技术，不如耐心等待，加深基础知识，修炼“内功”。

计算机软件和硬件概念

计算机系统大多由34位和34位组成。

软件按其应用范围分类时，一般分为系统软件和应用软件。

系统软件是指Windows、Linux、UNIX等各种操作系统，还包括操作系统补丁和硬件驱动程序等，属于系统软件范畴。

可细分的应用软件种类较多，如工具软件、软件、管理软件等，都属于应用软件范畴。

计算机硬件的发展历史

在电子管时代，速度达到每秒数千次至数万次。

在晶体管时代，速度从每秒几万到几十万次不等。

在中小型集成电路时代，速度从每秒数十万次到数百万次不等。

在大规模、超大规模集成电路时代，速度达到每秒千万到万亿。

冯诺依曼架构

1946年，第一台计算机ENIAC诞生，人类进入计算机时代。冯诺依曼等计算机科学家提出了Computer34的计算机设计理念。程序代码可以顺序执行以控制计算机的操作。计算机的基本结构也被定义为五部分计算单元、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

实线箭头表示数据线，虚线箭头表示控制线和反馈线。

冯诺依曼计算机的特点

计算机由五个主要组件组成计算单元、内存、控制器、输入设备和输出设备，重点是硬件抽象。

独立的计算机计算和内存。负责计算的部分由运算单元和控制器组成，负责内存的部分称为内存。

指令和数据均以二进制数表示。

指令和数据存储在同一级存储器中，并且可以通过地址访。

指令由操作码和地址码组成。操作码用于指示操作的性质，地址码用于指示操作数在内存中的位置。

指令按顺序存储在内存中。通常，命令是按顺序执行的。在某些条件下，执行顺序可能会根据任务的结果或基于设定的条件而改变。

以运营商为中心

现代计算机系统和冯诺依曼计算机之间没有显着差异。主要区别在于冯诺依曼计算机以算术为中心，而现代计算机以内存为中心。

这张图非常重要。大家一定要记住这一点。稍后我会解释和补充！

接下来，我们将介绍每个重要组件。

记忆

内存用于存储数据和程序。存储设备包括主存储器和辅助存储器。

主存直接与CPU交换信息，也就是我们熟悉的内存。常见的有记忆棒。

辅助存储器辅助存储器可以作为主存储器的备份存储器，不直接与CPU交换信息。它的容量比主存储器大，但速度较慢。机械硬盘、固态硬盘等

需要注意的一点是，只有主存可以直接与CPU交换信息，而辅助存储器则不能直接与CPU交换信息。

操作员

算术设备，也称为算术逻辑设备，是在控制器的控制下执行算术或逻辑运算的部件，它对从内部存储器检索的数据进行算术或逻辑运算并发送结果。对内部存储器的操作。

控制器

控制器用于控制和指挥程序和数据的输入和运算，并对运算结果进行处理。当计算机工作时，控制器首先从内存中依次检索指令，对指令进行解码和分析，并根据指令的功能向相关部件发出操作指令。然后我们运行第二个命令进行分析和执行。重复此操作，直到执行完所有命令。

输入设备

输入设备是用于将人类熟悉的信息格式转换为机器可以识别的信息格式的设备，包括键盘和鼠标。

输出设备

输出设备可以将机器运算的结果转换成熟悉的信息格式，如打印机输出、显示器输出等。

中央处理器CPU

由于运算单元和控制器的逻辑关系和电路结构密切相关，特别是随着大规模集成电路时代的到来，运算单元和控制器往往集成在同一块芯片上，因此它们统称为算术设备。作为中央处理单元（CPU），其功能是从内存中检索指令、解释指令并执行指令。

现代CPU还有另一个常见组件，称为寄存器。

寄存器是CPU内部用来存储数据的小存储区域，用来临时存储与运算相关的数据和运算结果。寄存器由电子电路组成，其访速度与CPU相当，因此价格昂贵且数量较少。

CPU:必须至少有六种类型的寄存器指令寄存器IR、程序计数器PC、地址寄存器AR、数据寄存器DR、累加寄存器AC和程序状态字寄存器PSW。

有关更多信息，请参阅我们来谈谈计算机中的寄存器。

公共汽车

整个系统中有一系列称为总线的电子管道。这些管道携带字节信息并负责在各个计算机组件之间传递信息。通常，总线被设计为传输固定长度的字节块或字。一个字的字节数是一个基本的系统参数，并且因系统而异。

大多数现代机器语言的长度为4或8个字节。本文对字长没有做出固定的假设。

另外，计算机中存储的最小单位是字节，1字节等于8位，位/位是计算机中数据传输的最小单位。1字节为8位（1Byte=8bit）。你需要记住这个转换规则

不过我们还是把记忆相关的知识放在一起吧。计算机将8位分成称为字节的组，每个字节对应一个内存地址。内存地址从0开始编号，最后一个地址是内存中的字节总数-1。CPU只需要知道特定数据类型的地址，就可以直接访该内存位置并提取数据。

巴士可分为三种类型。

地址总线通常用于指定CPU将操作的内存地址。

数据总线通常用于读取和写入存储器数据。

控制总线通常用于发送和接收信号，例如中断、设备重置等。CPU收到信号后，通过控制总线做出响应。

为什么计算机通常使用二进制文件？

这是一个非常常识但又非常重要的题。冯诺依曼计算机也称为存储程序计算机。“存储程序”的概念是指预先以二进制代码的形式将指令输入计算机的主存中，然后存储起来。冲压程序中的第一条指令在内存的首地址执行，然后按照程序指定的顺序执行其他指令，直到程序执行完毕。

我们更熟悉十进制算术。0,1,2,3,4,5,6,7,8,9能被10个数整除。比如，中国人从小背的“9-9乘法表”，其实就是十进制的一种变体。然而，计算机中使用的二进制系统只有两个数字，0和1，并且这两个数字都作为1输入。

使用二进制文件的原因

二进制在自然界中最容易表示。自然界中有许多二元系统。电压等级、水位、开门/关门、有/无电流等都可以配置为二进制系统并且都可以使用。建造一台计算机。

计算机依靠电力来运行，电子元件的电压响应可以很容易地揭示二进制特性。从某种意义上来说，中国古代八卦是用二进制符号来表示事物的，这和二进制是一模一样的。

64位CPU和32位CPU的区别

64位和32位是指CPU寄存器的数据宽度，也称为CPU的位宽。它们之间的主要区别在于CPU一次可以计算的数据字节数。

32位CPU意味着处理器一次可以计算4个字节，或者一次可以计算32位数据。

64位CPU意味着处理器一次可以计算8个字节，或者一次可以计算64位数据。

CPU位数越高，寻址范围、最大内存容量、数据传输和处理速度、数值精度等指标就增加了一倍，从而大大提高了CPU的处理能力。

我们都知道32位CPU最高支持4G内存。这是怎么计算的？2^32B=4GB，2^35b=4GB，34中的34实际上对应内存中的34。

32位内存最大寻址能力只有4G左右，因此在32位计算机中安装8G内存条并不会提高计算性能。

计算机性能

接下来，我们将介绍与计算机性能相关的基本概念。

存储性能指标

存储性能指标主要涉及以下三个方面

存储容量存储单元数、存储字长

在

MAR位数反映了存储单元的数量，即可以表示的不同状态的最大数量。

n个二进制位可以表示2^n个状态，2^10=1K，2^20=1M，2^30=1G，2^40=1T。

MDR位=存储字长=每个存储单元的大小

单价每人价格=总费用/总容量。

存储速度数据传输速度=数据宽度/存储周期

您还可以进一步了解三个概念

访时间，也称为内存访时间，是指从内存操作开始到完成的时间。

存储周期也称为读写周期或访周期。它表示对内存进行一次完整的读写操作所需的总时间，即连续两次独立访的内存操作之间所需的最小时间间隔。

内存带宽是每单位时间内存中存储的信息量。

CPU性能指标

当你去京东淘宝购买CPU时，卖家通常会填写以下信息

第12代酷睿i7-12700KF处理器12核20线程单核睿频最高50Ghz25M缓存台式CPU

50Ghz是除了CPU型号之外，CPU性能的一个重要指标。

CPU主频CPU核心的时钟频率，表示CPU的数字脉冲信号振荡频率。常用单位是Hz。平时我们常说的超频，就是玩时CPU的主频。CPU时钟周期一个节拍脉冲或T周期，通常是主频率的倒数，是CPU的基本时间单位。

执行一条指令所花费的时间=CPICPU时钟周期，其中CPI表示执行该指令所需的时钟周期数。花在程序上的时间=如果你想提高CPU。为了提高性能，您实际上需要优化所有三个。

系统总体性能指标

计算机系统的性能主要受三个指标的影响

数据路径带宽

数据总线一次可以并行传输的信息位数。

吞吐量是指系统单位时间内处理的请求数量。它取决于信息输入内存的速度、CPU获取指令的速度、从内存中检索或存储数据的速度以及结果从内存发送到外部设备的速度。由于每个步骤都涉及主存储器，因此系统吞吐量主要取决于主存储器访周期。

响应时间是指用户向计算机发送请求时等待系统响应请求并获得所需结果的时间。通常包括CPU时间和延迟。

鲁大师等基准测试软件会在您的计算机上运行一些预设的基准测试程序，然后根据运行这些程序所需的时间计算分数，从而评估您的计算机与其他计算机的性能比较。

电脑功耗

从上面CPU执行时间=指令数CPICPU时钟周期可以看出，程序的CPU性能受指令数、CPI和CPU频率的影响。由于这些题，指令计数和CPI工程师都无法直接干预。具有复杂影响的条件，或