前言
2023.9.6 计组知识开始学习
一、CPU组成
中央处理单元：简称为CPU或处理器，功能是控制计算机的操作和处理数据
-
控制器：控制计算机的操作，例如读取指令、分析指令、时序、总线的控制等 -
运算器：完成数据处理功能 -
寄存器：临时存储指令、地址、数据、计算结果等 - 中断
二、指令执行步骤
- 3个：取指、分析、执行
- 5个：取指、译码、执行、访存、写回
冯诺依曼型计算机的CPU就是5个阶段
1、取指Instruction Fetch/IF
从主存取指令到指令寄存器
2、译码Instruction decode/ID
指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别出不同的指令操作和操作数
3、访存Memory/MEM
根据译码得到的地址，去取相对于的操作数，可能需要访问主存
4、执行Execute/EX
完成指令的操作
5、写回Writeback/WB
把指令运行的结果数据写到某个存储的地方，通常经常被写到CPU的内部寄存器，方便后续的指令快速地存取
三、冯诺依曼结构和哈佛结构
冯诺依曼结构：数据空间和程序空间是一体的，指令存储器和数据存储器合并在一起，取指令和取操作数在同一总线上，指令和数据位宽相同，因此在同一个总线上进行读写时，指令和数据不能同时操作，必须按照先后顺序，因而限制了处理速度。采用的是CICS指令集
- 优点：硬件简单，如intel的x86
哈佛结构：数据和程序是分开存放的，分开的，独立地址，独立访问，在一个周期内可以同时获得指令和操作数，指令和数据位宽可以不相同。采用的RISC指令集
- 优点：逻辑代码和变量单独存放，互不干扰，如ARM、DSP
四、数据结构中的堆栈 VS 程序内存中的堆区和栈区
1、数据结构的堆栈
定义：数据按序排列的数据结构
堆：经过排序的树形结构，可任意存取。由程序员手动分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。栈：有先进先出的性质的数据结构，由操作系统自动分配和释放
2、C语言程序的内存
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代码区：存放二进制代码，.text段 -
全局区：存放全局和静态变量，初始化-.data段，未初始化的-.bss段。内存由系统分配，程序结束后，由系统释放 -
常量区：存储常量的区域，不允许修改。内存在程序结束时，由系统释放 -
堆区：Heap，存放程序员自己创建的变量，是不连续的内存区域，常使用new、alloc等关键词，需要用delete来进行释放，否则的话可能造成内存泄漏 -
栈区：Stack，存放函数的参数，局部变量的区域，由编译器自动分配和释放，这部分是连续的
| 区别 | 堆区 | 栈区 |
|---|---|---|
| 内存分配方式 | 手动申请和释放 | 操作系统自动分配和释放 |
| 空间大小 | 理论上最大为虚拟内存的大小 | 远小于堆 |
| 存放内容 | 自定义内容 | 存储函数返回地址、参数、局部变量等 |
| 数据结构 | 使用数据结构中的树 | 先进后出的队列 |
| 缓存方式 | 二级缓存 | 一级缓存，调用时存放，调用完立马释放 |
| 分配效率 | 低 | 高 |
五、CISC和RISC
指令：完成任务的多个步骤组成，把数值传送到寄存器或进行相加运算
CICS：complex instruction set computer，复杂指令系统计算机
RISC：reduced instruction set computer，精简指令集计算机，执行较少类型计算机指令的微处理器，能够以更快的速度来执行操作
（原因：执行不同类型指令需要不同的晶体管和电路器件，类型越少，电路越快）文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-698897.html
六、虚拟内存和cache
虚拟内存：基于局部性原理（选择题有做过），在程序装入时，把程序运行所需要的装入内存，其他的部分放在外存，使得速度提升。
（程序运行时，只会用到小部分的数据，把这部分放在较快的存储器里面，其他部分放在速度慢、容量大的存储器中）文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-698897.html
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