计算机组成原理

柔光的暖阳◎ 2022-10-25 04:49 308阅读 1赞

声明在先：截图来源bibili [https://www.bilibili.com/video/BV1E7411777A?p=7][https_www.bilibili.com_video_BV1E7411777A_p_7]，目的在于总结计算机组成原理相关全部知识；

便于快速查看复习计算机组成原理知识，在心中形成整体计算机组成原理框架；

如侵权请告知删除；

整理不易；

**目录**

信号传播：

cpu针脚（就是线路进行高低电位传输）

计算机系统

硬件发展

如何通俗理解电子管、晶体管和集成电路

模电和数电

晶体管

光刻机

为什么采用硅作芯片

硬件发展（仙童半导体公司）

计算机发展历程

冯诺伊曼机

冯诺伊曼机：以运算器为中心

现在计算机结构：以存储器为中心

cpu：运算器+控制器

计算机硬件基本构成

主存储器基本组成

1B=8b

--------------------

### 信号传播： ###

电：高低电压；

光纤：光是一直存在的，只不过1的光更亮一些，0的光更暗一些，也就是所谓的波长的不同。当然光纤也完全可以通过光的有无来传递二进制信息，只不过由于技术上的最好的可行性，使用了现在的方法。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### cpu针脚（就是线路进行高低电位传输） ###

高低电位：高电位表示1，低电位表示0；

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

### 计算机系统 ###

操作系统（软件）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

### 硬件发展 ###

电子管，晶体管，集成电路，大规模集成电路（光刻机）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

### 如何通俗理解电子管、晶体管和集成电路 ###

电子管和晶体管的功能相似，电子管比晶体管早出现很多年，但**电子管体积大，功耗大后来被晶体管替代**。

在**数电**领域，电子管和晶体管通俗理解就是**可以控制的开关，所以可以实现逻辑运算**。

在**模电**领域，电子管和晶体管通俗理解就**是放大信号**，输入一个微弱的信号可以输出一个放大了很多倍的信号。

集成电路的通俗理解就是一个有**黑色壳封装的硅片上面有几十亿个晶体管可以实现各种逻辑运算**。

### **模电和数电** ###

模电是模拟电路。

数电是数字电路。

数字电路：是以模拟电路为基础的，

模电：其基础是电流和电压。在一个周期内模拟电路的电流和电压是持续不变的。

数字电路：中它的电流和电压是脉动变化的。

模拟电路和数字电路它们同样是信号变化的载体**，模拟电路在电路中对信号的放大和削减是通过元器件的放大特性（如三极管）**来实现操作的，而**数字电路是对信号的传输是通过开关特性来实现操作**的。  
两者的区别：

在模拟电路中， 电压。电流。频率，周期的变化是互相制约的，而数字电路中电路中电压。电流。频率。周期的变化是离散的。  
**模拟电路可以在大电流高电压下工作**，而**数字电路只是在小电压，小电流底功耗下工作，完成或产生稳定的控制信号**。  
摸拟电路是为数字电路供给电源而又完成执行机构的执行。

而数字电路是通过它特有的逻辑运算来完成整个电路的操作过程，所以在维修中清楚了数字电路和模拟电路的界限，就可以得心应手，方便多了。

### 晶体管 ###

采用焊接模式，一个焊点有问题，全部不能用。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 11][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 13][]

### 光刻机 ###

它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上

生产集成电路的简要步骤：

*  利用模版去除晶元表面的保护膜。
 *  将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后形成电路。
 *  用纯水洗净残留在晶圆表面的杂质。

其中曝光机就是利用紫外线通过模版去除晶圆表面的保护膜的设备。

一片晶圆可以制作数十个集成电路，根据模版曝光机分为两种：

*  模版和晶圆大小一样，模版不动。
 *  模版和集成电路大小一样，模版随曝光机聚焦部分移动。

其中模版随曝光机移动的方式，模版相对曝光机中心位置不变，始终利用聚焦镜头中心部分能得到更高的精度。成为的主流 \[1\]  。

### 为什么采用硅作芯片 ###

（1）硅元素的含量巨大，地球元素中仅次于氧元素（地球元素含量排行：氧>硅>铝>铁>钙>钠>钾……）。

（2）硅元素提纯技术成熟，制作成本低，最初晶体管使用锗作为芯片材料，是因为当初硅元素的提纯技术不成熟，如今硅的提纯可以达到99.999999999%。

（3）硅元素的性质稳定，包括化学性质和物质性质，比如锗做成晶体管，当温度达到75℃以上时，其导电率有较大变化，而且做成PN结后锗的反向漏电流比硅大，这对芯片的稳定性非常不利。

（4）硅本身是无毒无害的物质，我们常见的很多石头都含有二氧化硅（SiO2）。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 14][]

### 硬件发展（仙童半导体公司） ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 15][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 16][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 17][]

### 计算机发展历程 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 18][]

### 冯诺伊曼机 ###

电子计算机必须由**运算器、控制器、存贮器、输入设备和输出设备**等五大部分构成的基本结构形式；

现代计算机虽然结构更加复杂，计算能力更加强大，但仍然是基于这一原理设计的，也是冯诺依曼机。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 19][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 20][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 21][]

### 冯诺伊曼机：以运算器为中心 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 22][]

### 现在计算机结构：以存储器为中心 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 23][]

### cpu：运算器+控制器 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 24][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 25][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 26][]

### 计算机硬件基本构成 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 27][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 28][]

### 主存储器基本组成 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 29][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 30][]

### 1B=8b ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 31][]

[https_www.bilibili.com_video_BV1E7411777A_p_7]: https://www.bilibili.com/video/BV1E7411777A?p=7
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221024/b6548615143d4dd49d9783072eba8614.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221024/53a44ea624764f7e8027650f4ac28f51.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221024/3df33e013cd0411caa6899e49353af7c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221024/64027e694cb641fc9cec7d4597f5e55f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221024/24e13dbf320c4c0e82a61ae6773be73b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221024/9b5a48a406c84772b3241d0194ffffbe.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20221024/abe02c71163446a2bcfc17cbaa19297f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20221024/66f763a854f741428f00718ded94be81.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20221024/adcfbc7f8af9415493eeef7401666f52.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20221024/3c82a2b85be84b7eb87f46f0b8b7c608.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: /images/20221024/11540ac8cbb24128b9f0590646592665.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]: /images/20221024/625a7565f2624dcab77462798545c7ab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]: /images/20221024/e6d64558c2a14669883e68c62bf7c30f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]: /images/20221024/f0d265b3a171401e914f38042f5f5c01.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]: /images/20221024/7aaa621283444635a128b408a0a9fa4d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]: /images/20221024/798c66de943646c9a6aa01152aa12673.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]: /images/20221024/f6c5aef96ee24297b4e466b9ca74ecb1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]: /images/20221024/84af366c150341e39abd9c8427745a96.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]: /images/20221024/d9c330df0caf41b5a678880c77d923a0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]: /images/20221024/13798816f1324929b9b28a22b1b3eb0f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 20]: /images/20221024/e92c59b1bfd3439096a7957bece9da86.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 21]: /images/20221024/5dde35e4e48848ffaedf4f0dbde86471.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 22]: /images/20221024/4f0a46fec6f9410f841e2c87605b4e49.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 23]: /images/20221024/b5ac32c308264bb0bde87f81c1643b14.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 24]: /images/20221024/6b2fc5a01c72418bb181b8252f81b516.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 25]: /images/20221024/8fffcdbcd52c49438a1e7b8ddd79db41.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 26]: /images/20221024/37d044b378e74fb6b103213ccca6d8e3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 27]: /images/20221024/c2ae0cf34c854ec880edcb9b6eeb6801.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 28]: /images/20221024/b93b865430244ea7b910646dcd986342.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 29]: /images/20221024/f48e7ccf786948aba180a748ed8d8815.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 30]: /images/20221024/f0cc3636db8d44c894173dd7bfd39475.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4OTk4MjEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 31]: /images/20221024/8879ac1a4cab4f24bf29064528e239e1.png