Computer Fundamentals 简明教程

Computer - Central Processing Unit (CPU)

Central Processing Unit

CPU 代表中央处理单元；它也被称为“计算机的大脑”。CPU 是计算机的主要组件，它执行大部分处理并控制计算机内部运行的所有组件的操作。

computer architecture

CPU 的关键组件是控制单元、ALU 和内存。关键组件的对齐和集成包含在以上图表中。

Components of CPU

  1. Control Unit (CU)

  2. ALU (Arithmetic Logic Unit)

  3. Memory or Storage Unit

  4. Registers

Control Unit

顾名思义，控制单元充当 CPU 的“大脑”。控制单元的主要作用是管理和执行指令，以执行计算机程序指定的任务。v. CPU 通过从内存中获取指令、对它们解码，然后执行它们来执行指令。因此，它在 fetch-decode-execute 指令中扮演着至关重要的角色。

  1. Instruction Fetch − CU 从 RAM（随机存取存储器）中获取指令。

  2. Instruction Decoding − 它解码获取的指令以进行操作。

  3. Instruction Execution − CU 发送控制信号来执行算术和逻辑运算等操作。

  4. Control Flow Management − 它通过更新程序计数器来控制流程。

  5. Exception Handling ——控制单元有效地管理异常和中断，如硬件故障、系统调用和外部事件，通过适当地将 CPU 的控制流转移到计划好的程序来管理此类异常。

  6. Synchronization ——CU 在促进跨多个核心的指令执行的协调中发挥着至关重要的作用。

Arithmetic Logic Unit (ALU)

算术逻辑单元 (ALU) 是一个组件，经过广泛优化和设计，可同时执行多项任务。它通常用于快速执行操作。它与寄存器、内存和控制单元等其他 CPU 组件配合工作，以执行复杂指令。

  1. Arithmetic Operations ——ALU 可以执行基本的算术运算。

  2. Logic Operations ——ALU 还可以执行逻辑运算，如 AND、OR、NOT、XOR 和位移运算。

Memory Unit

内存是一个硬件组件，用于在需要时存储和访问数据。主要；计算机内存分为两部分，主内存（RAM）和辅助内存（硬盘）。RAM 用于短期、快速的数据访问，对于活动程序执行至关重要。另一方面，存储或辅助内存提供永久性数据存储。

因此，内存和存储单元都是计算机系统的重要组成部分。

Primary Memory

  1. RAM 也称为主存储器或临时存储器；它是一种易失性内存，用于临时存储数据。

  2. 当电脑断电或重启时，RAM 中的内容会被抹掉。

ram

  1. RAM 被积极用于程序或指令执行。

  2. 一旦我们启动电脑；系统必需的文件、程序和操作系统文件将被加载到 RAM 中以使电脑平稳运行。

  3. 电脑的 RAM 越多，它就能更好地处理多任务，并且由于可以更快速地访问数据，因此它能更快地运行应用程序。

Storage (Hard Drives, SSDs, Flash Drives, etc.)

  1. 存储设备用于永久存储数据，即使当计算机关闭电源时。

  2. 它们是非易失性的；即使关闭电源或系统重启，数据仍保持不变。

storage devices

  1. 最流行且常用的存储设备是硬盘 (HD)、固态硬盘 (SSD)、USB 闪存驱动器和光盘（例如，DVD）、U 盘。

  2. 这些设备的数据存储容量以千兆字节 (GB) 到太字节 (TB) 等为单位，具体取决于存储设备的类型和大小。

Functions of the CPU

CPU 的主要功能如下——

  1. CPU 执行算术和逻辑运算。

  2. 它指导处理器的操作。

  3. 它指导输入和输出单元如何对传达给处理器的指令做出响应。

  4. CPU 中包含寄存器，寄存器被认为是 CPU 内部的临时存储位置，可在执行程序时临时保存数据。

  5. CPU 通过从内存中获取指令、对指令解码然后执行指令来执行指令。