計算機組成對我們來說不陌生,見下圖所示
我現在使用的電腦就是由下圖中所示的各種"組件"構成
圖(1)
根據馮*諾依曼理論,計算機可以抽象成下圖(2)所示的樣子
只有三個抽象的組件構成,處理器Processor,內存Memory,輸入輸出設備I/O Facilities
圖(2)
上圖(2)三個抽象的組件CPU,Memory以及IO設備又由集成電路和其它材料構成
其中CPU的架構和工藝最為復雜,其內部又可以抽象成下圖(3)
圖(3)
由圖(3)可以看到,CPU內部由ALU(Arithmetic Logical Unit算術邏輯單元),控制器Controller和寄存器Local Storage以及其它如導線等構成
算術邏輯單元ALU由一系列的邏輯電路構成,例如與門,或門,非門等,邏輯電路由是由晶體管構成,晶體管由硅和鍺等材料制作
邏輯電路在計算機系統中占據着非常重要的地位,除了上邊提到的與或非門電路外,還有其它一些非常重要的電路例如觸發器Flip-flop,計數器Counter,振盪器Clock等.
當把基本的電路組合后又產生了集成電路,從而可以完成更多的工作.比如由基本的邏輯電路組成的選擇器最終演化成了CPU中的Controller,觸發器則最終構造成了基本的寄存器以及時鍾和計數器,再例如由或非門構成出來的半加器可以執行加法中的進位邏輯,再配合以其它的電路則可以把半加器最終構成為全加器;
以全加器為基礎,又誕生了更多的可以執行減乘除法等數學運算的更高一級的集成電路;
在CPU中把相類似的運算單元合在一起又稱為指令集,如果放在其它特定的設備上就叫某某芯片,只是概念的不同而已,其本質都是邏輯電路.
下圖(4)簡要的概括了組成計算機的抽象組件以及其實現方式
圖(4)
本系列文章產生原是為了彌補作者自己的知識短板,想到對其他朋友可能有些許幫助,於是將之前的讀書筆記重新組織並勘誤后撰寫此文,即使如此仍難免錯誤之處,請方家斧正~
邏輯電路
計數器
分頻器
選擇器
寄存器
半加器/全加器
參考書籍
Essentials of Computer Architecture-Douglas E. Comer
Code:The Hidden Language of Computer Hardware and Software