系统架构设计师教程 第2章 2.1-2计算机系统及硬件 笔记

2.1计算机系统概述 ★☆☆☆☆

计算机系统 (Computer System) 是指用于数据管理的计算机硬件、软件及网络组成的系统。

一般指由硬件子系统和软件子系统组成的系统，简称为计算机。

将连接多个计算机以实现计算机间数据交换能力的网络设备，称为计算机网络，简称网络。

计算机系统可划分为硬件(子系统)和软件(子系统)两部分。

硬件由机械、电子元器件、磁介质和光介质等物理实体构成，例如处理器(含运算单元和控制单元)、存储器、输入设备和输出设备等。

软件是一系列按照特定顺序组织的数据和指令，并控制硬件完成指定的功能。

计算机软件分为系统软件和应用软件，

系统软件是指支持应用软件的运行，为用户开发应用软件提供平台支撑的软件，

应用软件是指利用计算机的软、硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。

2.2计算机硬件 ★☆☆☆☆

2.2.1计算机硬件组成

计算机组成结构 (Computer Architecture) 源于冯·诺依曼计算机结构，该结构成为现代计算机系统发展的基础。由五部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

现实硬件构成中，运算器和控制器被集成为一体，封装为处理器

2.2.2处理器

处理器 (Central Processing Unit,CPU) 作为计算机系统运算和控制的核心部件

处理器的指令集按照其复杂程度可分为复杂指令集 (Complex Instruction Set Computers,CISC)与精简指令集(Reduced Instruction Set Computers,RISC) 两类。

常见的有图形处理器 (GraphicsProcessingUnit,GPU)处理器、信号处理器 (DigitalSignalProcessor,DSP) 以及现场可编程逻辑门阵列 (FieldProgrammableGateArray,FPGA)等。

2.2.3存储器

存储器是利用半导体、磁、光等介质制成用于存储数据的电子设备。根据存储器的硬件结构可分为SRAM 、DRAM 、NV RAM 、Flash 、EPROM 、Disk等。

计算机系统中的存储器通常采用分层的体系 (Memory Hierarchy) 结构，按照与处理器的物理距离可分为4个层次。

(1)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。

(2)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，容量略大，为256kB~4MB。

(3)主存 (内存):通常采用DRAM结构，以独立的部件/芯片存在，通过总线与处理器连接。

(4)外存：磁带、磁盘、光盘和各类Flash等介质器件，这类设备访问速度慢，但容量大，且在掉电后能够保持其数据。

2.2.4总线

总线 (Bus) 是指计算机部件间遵循某一特定协议实现数据交换的形式，即以一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输。

按照总线在计算机中所处的位置划分为：内总线、系统总线和外部总线。其中

内总线用于各类芯片内部互连，也称为片上总线(On-ChipBus) 或片内总线。

系统总线是指计算机中CPU、 主存、 I/O接口的总线，狭义的系统总线仍为CPU与主存、通信桥连接的总线；广义上，还包含计算机系统内，经由系统总线再次级联的总线，常被称为局部总线(LocalBus)。

外部总线是计算机板和外部设备之间，或者计算机系统之间互联的总线，又称为通信总线。

总线之间通过桥(Bridge) 实现连接，它是一种特殊的外设，主要实现总线协议间的转换。

总线的性能指标常见的有：总线带宽、总线服务质量QoS、 总线时延和总线抖动等。

常见的有并行总线和串行总线。

并行总线主要包括PCI、 PCle和ATA(IDE) 等，

串行总线主要包括USB、SATA、CAN、RS-232、RS-485、RapidIO 和以太网等。

2.2.5接口

接口是指同一计算机不同功能层之间的通信规则。

常见的包括显示类接口(HDMI、DVI和DVI等)，音频输入输出类接口(TRS、RCA、XLR等)，网络类接口(RJ45、FC等)，PS/2接口， USB接口，SATA接口， LPT打印接口和RS-232接口等。

2.2.6外部设备

外部设备也称为外围设备，是计算机的非必要设备，包括所有的输入输出设备以及部分存储设备(即外存)。