计算机结构简介-计算机应用基础

计算机硬件系统的五大部件并不是孤立存在的，它们在处理信息的过程中需要相互连接以传输数据。计算机的结构反映了计算机各个组成部件之间的连接方式。

1.直接连接

最早的计算机基本上采用直接连接的方式，运算器、存储器、控制器和外部设备等组成部件之中的任意两个组成部件，相互之间基本上都有单独的连接线路。这样的结构可以获得最高的连接速度，但不易扩展。例如，由冯·诺依曼在1952年研制的计算机IAS，基本上就采用了直接连接的结构，如图1-25所示。

图1-25 IAS计算机结构（直接连接）

2.总线结构

采用直接连接方式在结构上比较简单易于实现，但输入/输出设备的工作速度远低于CPU。当控制器在处理I/O请求时，整个系统都需要停下来等待，这极大地影响了计算机的速度。因此，现代计算机普遍采用总线结构，来解决系统各部件的数据传输问题。

总线（Bus）是系统部件之间传送信息的公共通道，各部件由总线连接并通过它传递数据和控制信号。总线包含了运算器、控制器、存储器和I/O设备之间进行信息交换和控制传递所需要的全部信号。

按照总线上传输信号的性质划分，可以将总线划分为数据总线、地址总线和控制总线，如图1-26所示。

图1-26　计算机总线示意图

（1）数据总线（Data Bus，DB）。

数据总线是一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输数据信号的公共通路。数据总线是双向的总线，一方面是用于CPU向内存和I/O接口传送数据，另一方面是用于内存和I/O接口向CPU传送数据。数据总线的位数是计算机的一个重要指标，它体现了传输数据的能力，通常与CPU的字长相等。(www.xing528.com)

（2）地址总线（Address Bus，AB）。

地址总线是CPU向内存和I/O接口传送地址信息的公共通路。地址总线传送地址信息，地址是识别信息存放位置的编号，地址信息可能是存储器的地址，也可能是I/O接口的地址。它是自CPU向外传输的单向总线。由于地址总线传输地址信息，所以地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。例如，32位地址总线的机器，最大寻址空间为232=4 GB，即机器最多能识别和使用的内存为4 GB。

（3）控制总线（Control Bus，CB）。

控制总线是一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输控制信号的公共通路。控制总线是双向总线，它既是CPU向内存和I/O接口发出命令信号的通道，又是外界向CPU传送状态信息的通道。

按照总线连接部件不同，总线又可以分为内部总线、系统总线和外部总线。

（1）内部总线（片内总线）。

内部总线位于CPU芯片内部，用于连接寄存器与寄存器、寄存器与算术逻辑部件。在计算机系统中，内部总线具有最高的传输速度。

（2）系统总线。

系统总线是指CPU、存储器、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。系统总线通常位于主板或各个插件板上，故又称板级总线或板间总线。

（3）外部总线（通信总线）。

用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信。