CPU、内存、硬盘、指令之间的关系

图灵测试

1950年图灵提出,用于测试机器是否能像人类一样思考。测试方法:人类是否能区分机器和人。

冯 诺依曼结构是图灵机的一个实现。

物理架构

计算机的五大组成部分:运算器+控制器(cpu)、存储器、输入设备、输出设备。它们通过I/O总线连接,其中cpu和主存储器通过I/O桥连接。

速度差异很大(计算的速度vs存储的速度vs处理字节的速度?),内存比cpu慢几百倍,硬盘比cpu慢几十万倍,网络比cpu慢几千万倍。网络比硬盘慢100倍(人类并不容易感知出这100倍,例如:对于小的文件,硬盘要1毫秒,网络要100毫秒,人的感知不明显)。

提高cpu性能

cpu和这些设备一起干活,难免会拖慢自己的速度。就涉及到如何提高cpu的性能。

  • 异步:DMA(直接内存访问),读取硬盘的数据,控制器先读取到内存,完成后通知cpu。
  • 并发:cpu的时间分片,轮询去执行进程。如果有io操作的,需要io完成后通知cpu。
  • 增加中间层:cpu与内存之间:cpu缓存;cpu与硬盘之间:内存

程序的运行

  • 程序需要被编译成机器指令
  • cpu执行指令,指令存储在寄存器中
  • 指令的组成:操作码+操作数
  • 指令和数据在寄存器中没有区别,指令和数据是分段存储的吗?

问题

  • cpu快了很多,但是感知并没有快多少
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