计算机系统是有数据管理计算机硬件软件以及网络组成的系统
计算机系统是有数据管理计算机硬件软件以及网络组成的系统。其分为硬件和软件两部分,硬件有物理层面的机械,电子元器件等实体构成,而软件有可以细分为系统软件和应用软件,系统软件是指支持应用软件运行,为用户开发应用软件提供支撑的软件,如操作系统。
计算及硬件组成
计算机组成结构源于冯诺依曼计算机接口,其将计算机结构分为5部分,分别为控制淡云,算数逻辑单元,存储器,输入设备和输出设备,但现实的硬件构成通常将控制单元和运算单元集成为一体作为处理器(CPU),输入设备和输出设备被作为一体,再次划分为总线,接口和外部设备。
处理器
进过长期发展,CPU位宽由四位发展为六十四位,添加了多级缓存和多种通信总线和接口,内核由单核发展位多核,异构多核(各个CPU核心性能不一致,满足不同性能需求的任务)和众核处理器(有相较于多核更多的CPU核心,更好的处理并行任务)等。
处理器的指令集按照复杂程度可以分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)。复杂指令集的指令通常是复合操作,指令数量大,而精简指令每个指令都代表一个最小的基本操作,指令数量小。
CISC以intel和amd的x86为代表,RISC则是以ARM为代表。RISC 已经成为计算机指令集发展的趋势,几乎所有后期出现的指令集均为RISC 架构。
指令部件通过MMU(内存管理单元)和缓存来CPU处理外部数据,整个过程包括:
从内存等存储设备中取得相应的软件代码指令并完成译码和控制操作
控制存取部件从存储设备中取得新的数据
控制寄存器组为运算器准备有关寄存器数据
准备好结果寄存器,控制整型、浮点、向量等运算部件开展运算。
运算部件、寄存器单元、存取部件将执行结果通知完成部件,并在完成部件中完成结果的排队
由完成部件向指令部件反馈执行结果,控制指令的顺序执行、跳转等时序。
存储器
存储器的硬件结构可以分为SRAM、DRAM、NVRAM、Flash、EPROM、Disk等。计算机的存储系统采用分层结构设计,按照与处理器的物理距离可以分为四个层次。
片上缓存:在处理器核心中直接集成的缓存,一般为SRAM 结构,实现数据的快速读取。它容量较小,一般为16kB~512kB, 按照不同的设计可能划分为一级或二级。
片外缓存:在处理器核心外的缓存,需要经过交换互联开关访问,一般也是由SRAM构成,容量较片上缓存略大,可以256kB~4MB。按照层级被称为 L2Cache或 L3Cache,或者称为平台 Cache(PlatformCache)
主存(内存):通常采用DRAM 结构,独立存在,通过总线与处理器连接。随着断电,其中的数据也会消失
外存(磁盘、硬盘):访问速度较慢,容量大,可持久化存储数据。不同的介质类型容量有所不同,如 Nor Flash容量一般在MB级别,磁盘容量则在G和TB级别。外存能够在掉电后保持数据,但并非所有介质都能够永久性保存数据,每种介质都有一定的年限,如Flash外存的维持数据的年限在10年左右,光盘年限在数年至数十年,磁盘年限在10年以上,磁带年限为30年以上。
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