文档介绍：数据库系统工程师考试考点分析与真题详解(第4版)第 1 章 计算机组成与结构根据考试大纲,本章要求考生掌握以下知识点:CPU和存储器的组成、性能、基本工作原理。常用I/O设备、通信设备的性能,以及基本工作原理。I/O接口的功能、类型和特点。CISC/RISC、流水线操作、多处理机及并行处理。   计算机组成中央处理器是计算机的控制、运算中心,它主要通过总线和其他设备进行联系。另外,在嵌入式系统设计中,外部设备也常常直接连接到中央处理器的外部I/O(Input/Output,输入/输出)脚的相关引脚上。中央处理器的类型和品种异常丰富,各种中央处理器的性能也差别很大,有不同的内部结构及不同的指令系统。但都是基于冯·诺依曼结构,因而其基本组成部分相似。   运算器运算器的主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算、逻辑运算和其他操作。一个计算过程需要用到加法器/累加器、数据寄存器、状态寄存器等。加法是运算器的基本功能,在大多数中央处理器中,其他计算也是经过变换后使用加法进行的,一个位加法的逻辑图如图1-1所示。图1-1 位加法逻辑图其中Xi、Yi是加数和被加数,Ci+1是低位进位,Ci是进位,Zi是和。为完成多位数据加法,可以通过增加电路和部件,使简单的加法器能够变为串行、并行加法器,超前进位加法器等。运算器的位数,即运算器一次能对多少位的数据做加法。这是衡量中央处理器的一个重要指标。   控制器控制器是中央处理器的核心,它控制和协调整个计算机的动作,其组成如图1-2所示。控制通常需要程序计数器(ProgramCounter,PC)、指令寄存器(InstructionRegister,IR)、指令译码器(InstructionDecoder,ID)、定时和控制电路,以及脉冲源、中断(在图1-2中未表示)等共同组成。图1-2 控制器的组成控制器各组件的说明如下。指令寄存器(IR):中央处理器,执行的操作码存放在这里。指令译码器(ID):将操作码解码,告诉中央处理器该做什么。定时和控制电路(Timing/ControlCircuit):用来产生各种微操作控制信号。程序计数器(PC):程序计数器中存放的是下一条指令的地址。由于多数情况下程序是顺序执行,、中断等情况时,就需要重填程序计数器。程序计数器可能是下一条指令的绝对地址,也可能是相对地址,即地址偏移量。标志寄存器(FlagsRegister,FR):这个寄存器通常记录运算器的重要状态或特征,包括是否溢出、结果为0、被0除等。这个寄存器的每一位表示一个特征。标志寄存器的典型应用是作为跳转指令的判断条件。堆栈和堆栈指针(StackPointer,SP):堆栈可以由一组寄存器或在存储器内的特定区域组成。由于寄存器数量总是有限的,所以大多数系统采用了使用存储器的软件堆栈。指向堆栈顶部的指针称为堆栈指针。寄存器组:上面提及的程序计数器、标志寄存器等为专用寄存器,都有特定的功能和用途。通用寄存器的功能由程序指令决定,最常见的应用是放置计算的中间结果,减少对存储器的访问次数。通常寄存器的宽度和运算器的位数是一致的。   存储器系统这里的存储器是指中央处理器通过总线直接能访问的存储器,通常称为内存。硬盘等需通过I/O接口访问的存储器常称为外存或者辅存。存储器的作用显然是存储数据,包括指令、指令带的数据(这正是冯·诺依曼结构的特点之一)和中央处理器处理后的结果(包括中间结果)。中央处理器对存储器的访问需通过控制地址、数据总线进行。存储器的数据组织是线性的,所存储的数据都有整齐的"编号",即访问地址。存储器一般每个存储单元中有8位数据,其容量是其存储单元的总和。存储器的性能指标如下。存取时间:指的是从中央处理器发出指令到操作完成的时间。传输率:或称为数据传输带宽,指单位时间内写入或读取的数据的多少,显然,存取时间越少,则传输率越高。存储密度:在单位面积中的存储容量,人们在不断增加这个值。有关存储器系统的详细内容,请阅读本书第2章。   时序产生器和控制方式为了使得计算机各部件同步工作,计算机中都有一个脉冲源,通常是晶振。这个脉冲源产生主振脉冲,主振脉冲的时间间隔为主振周期,即时钟周期。中央处理器执行指令的时间(包括取指)为指令周期,由于指令可能有不同的复杂度,所以,每种指令的指令周期可能不同。CPU(CentralProcessUnit)周期也称机器周期,一般是从内存中读一个指令的最短时间。CPU周期又由若干个时钟周期组成。指令周期与时钟周期的关系如图1-3所示。图1-3 指令周期与时钟周期通常把CPU执行指令的各个微操作遵循的时间顺序叫时序。时序图是形象地表示信号线上信息变化的时间序列的图形。组合逻辑控制和微