计算机硬件系统组成

计算机硬件是计算机系统的物质基础，由多个核心部件通过总线连接而成。

体系结构基础

• 冯·诺依曼体系结构：核心思想是“存储程序”。
• 计算机系统多级层次结构：软硬件界面的层次划分。
• 计算机性能指标：衡量硬件性能的标准。

硬件五大部分

硬件五大部分

1. 运算器 (ALU): 负责算术运算 and 逻辑运算。
2. 控制器 (CU): 负责产生控制信号，指挥各部件工作。
3. 存储器: 存放程序 and 数据。
4. 输入设备: 将信息转换为机器能识别的形式。
5. 输出设备: 将处理结果转换为人或其他设备能识别的形式。

指向原始笔记的链接

软件与硬件的关系

1. 基本关系: 硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。两者相辅相成，不可分割。
2. 硬件软化: 利用软件模拟硬件功能（如 EDA 软件设计电路）。
3. 软件硬化: 将原由软件实现的逻辑固化到硬件中（如硬件加密狗、安全认证芯片）。 重点
   • 目的: 保护知识产权、提高系统安全性、提升运行速度。

核心部件

1. 中央处理器 (CPU): 详见 处理器。
   • 由运算器与控制器整合而成。
   • Cache 缓存: 现代 CPU 内部集成了 Cache。以 Intel 第 14 代 CPU (如 i5-14400) 为例，Cache 分为三级： 重点
     • 一级 (L1) Cache: 分为指令 Cache 和数据 Cache（微观上体现 哈佛结构），速度最快。
     • 二级 (L2) Cache: 每个核心对应一定容量。
     • 三级 (L3) Cache: 多个核心共享。
     • 价值体现: Cache 的容量和速度往往决定了 CPU 的价格。
2. 存储器:
   • 主存储器 (Main Memory): 简称 主存。包含内存条及板载 ROM（如 BIOS 芯片）。 重点
   • 辅助存储器: 详见 三级存储体系，包括硬盘、U 盘、光盘等。
3. 外部设备 (外设): 除主机外的所有设备。

重要概念辨析

• 主机 (Host): 专业课定义中，$主机=CPU+主存储器$。 重点
  • 注意: 在专业领域，主机不包含硬盘、光驱等辅助存储器。这与日常生活中将整个“机箱”称为主机的概念完全不同。
• 总线 (Bus): 连接各部件的公共传输线。
• 通道 (Channel): 在大中型系统中，用于接管 CPU 的 I/O 控制权，详见 通道方式。

软件与硬件的关系

1. 基本关系: 硬件是物质基础，软件是灵魂。两者相辅相成。
2. 硬/软件转换:
   • 硬件软化: 如 EDA/FPGA 模拟。
   • 软件硬化: 将软件逻辑固化到硬件中（如硬件狗、安全认证芯片），目的是保护知识产权和提高安全性。 重点