总线周期和指令周期关系

9.1.6　计算机硬件系统

计算机硬件系统由主机和外设组成，主要部件可分为:总线、内存、处理器、输入设备、输出设备等。

1.总线

在计算机中有三种信息(数据信息、地址信息和控制信息)，它们分别在称为数据总线、地址总线和控制总线的线路上流动。总线由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。在计算机系统中，总线被视为一个独立部件。

①数据总线:用于传送程序和数据信息，计算机数据总线所包含的二进制位数称为字长。

②地址总线:专门用来传送地址的，由CPU传向存储器的为地址码，传向I/O接口的为设备码。

③控制总线:用来传送控制信号。

【例9.1-8】按传送的信息不同，计算机中有地址总线、数据总线和(　)。

(A)ISA总线　(B)PCI总线　(C)AGP总线　(D)控制总线

答案:(D)。

解释:ISA总线、PCI总线和AGP总线称为I/O通道总线，它们是为适应各类适配卡规定的标准。按传送的信息不同，计算机中有三种信息，应选控制总线。

2.中央处理器(在微机中称微处理器)

中央处理器由控制器和运算器组成，控制器是分析和执行指令的部件，运算器是完成算术运算和逻辑运算的部件。

①控制器:由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址寄存器及控制部件等组成。

②运算器:由算术逻辑单元(ALU)数据寄存器等组成。

③程序计数器PC:用来存放下一条要执行的指令地址。

④指令寄存器IR:用来保存当前正在执行的一条指令。

⑤指令译码器:负责对指令的指令码部分进行译码，产生该指令所需要的一系列微操作信号。

⑥地址寄存器:用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址，当CPU向内存存/取数据时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器。有些系统中把外围设备像内存单元一样编号，这些编号称为设备地址，那么，当CPU和外围设备交换信息时，同样使用地址寄存器保存设备地址。

⑦控制部件:按微操作信号控制计算机中的所有部件。

⑧算术逻辑单元ALU:主要完成算术运算和各种逻辑运算。

⑨数据寄存器:用来存放操作数、运算结果和运算的中间结果，以减少访问存储器的次数。

【例9.1-9】程序计数器的作用是存放(　)。

(A)下一条要执行的指令地址　(B)当前正在执行的指令地址

(C)当前正在执行的一条指令　(D)下一条要执行的指令

答案:(A)。

解释:指令寄存器存放当前正在执行的指令，程序计数器(PC)为取下一条要执行的指令做好准备，因此存放下一条要执行的指令地址。

3.存储器

存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。外存通常是磁性介质或光盘、U盘等，能长期保存信息。内存半导体存储器，用来存放当前正在执行的程序和数据，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。

为了解决CPU与内存储器之间速度不匹配问题，引进了高速缓冲存储器(Cache)。

一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节(微机按字节编址)。每个存储单元的位置都有一个编号，即存储地址。一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。

存储器根据控制器指定的位置(地址寄存器)存入(写)和取出(读)信息。

一般内存容量小、速度快、价钱贵，外存容量大、速度慢、价钱低。

【例9.1-10】存储器可分为(　)。

(A)RAM和ROM　　　　　　(B)硬盘与软盘

(C)内存储器和外存储器　(D)ROM和EPROM

答案:(C)。

4.输入设备

输入设备是计算机输入程序和数据的设备。如:键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、麦克等都属于输入设备。

5.输出设备

输出设备是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统等。