计算机硬件基础
CPU
时序电路（寄存器）+ 逻辑电路（CPU算数逻辑单元）构成CPU的电路系统。最终通过时钟系统来控制整个电路系统的运转。
:::info
CPU每秒处理20000亿个浮点数（双精度8Byte），但是内存每秒只能传输250亿个浮点数。因此要想CPU满负荷运行，内存每秒传输250亿个浮点数同时数据操作80次。现实情况是没有数据在每次加载时，需要操作80次。
CPU具有强大的数据处理能力，还需要内存宽度来平衡。
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GPU
GPU主要应用于图像渲染处理，有大量的核心支持数千个线程，用于大量的并行计算，将复杂的问题拆分，一次性解决。 :::info 对比CPU，CPU需要负责多个进程的上下文切换，开销很大，因此限制了支持的线程数量。而GPU可以说是简化版的CPU只负责相对简单的计算。 :::
I/O设备
总线
信息传输的介质通道。
- 数据总线：数据传输的通道。决定数据交互一个数据传送量。
- 地址总线：地址总线的宽度决定CPU寻址能力。
控制总线：最简单的锁存器（门电路 ）上有一根线，用来控制锁存器是输出数据还是写入数据。
I\O桥接控制芯片
总线数据传输的中间控制芯片，提供数据缓存、DMA功能。
主要是为了解决CPU读取不同存储器数据速度的差异。对慢速的设备，直接交给I\O桥接控制芯片去读取数据，使得CPU能够继续处理下一个指令，不必中断等待数据传回。
内存地址空间
- CPU会给计算机中所有存储设备，包括主存、显存、ROM，分配地址空间，以便CPU能够读写I\O设备中的数据。比如：CPU向内存中的8000H地址写入数据，会被写入到显存中显示。
- 如果地址总线的寻址空间有限，存储空间太大的主存其实也不是都可以物尽其用。
- 汇编语言是基于硬件系统编程，必须知道硬件系统的内存地址分配情况。
物理地址
- 8086CPU地址总线是20位，而寄存器是16位。
- 段地址 * 16 + 偏移地址 = 20位地址。通过地址加法器，传给20位地址总线。
地址计算分析段地址采用4位十六进制数表示，段地址 * 16相当于（二进制数表示的）段地址左移4位，换句话说20位地址中的前16位已经确定。如果偏移地址是0，则物理地址就是段地址的首地址。
偏移地址分析16位偏移地址决定段地址的寻址空间为64KB，所以一个段的最大长度为64KB。
段地址分析
- 段地址必须是16的倍数。
通过地址分段来寻址，对于数据、代码段读取来说，提供高效的数据检索和隔离。
寄存器
寄存器本质上就是触发器，既可以存储数据，也可以写数据。与主存最大的区别就是它与复杂的逻辑控制电路连接。
寄存器分类
因为不同寄存器与特定的逻辑电路相连接，可以实现特定的功能。
通用寄存器存放一些一般的数据，并可以拆分为两个独立的8位寄存器使用。
- AX（AH、AL）
- BX（BH、BL）
- CX（CH、CL）
- DX（DH、DL）
- 段寄存器存储内存各个不同分段的首地址。
- CS：代码段首地址。
- DS：数据段首地址。
- SS：栈段首地址。SS：SP始终指向栈顶。
- ES：扩展段寄存器。
- 指针寄存器
- IP：代码段偏移地址。IP寄存器会在CPU取到指令数据后，会根据数据大小自动增加。
- SP：栈段偏移地址。
问：地址总线宽度和寻址空间的关系？
- 假定地址总线位宽为10位，它可以控制2^10个锁存器（一个锁存器读写1bit），寻址空间就是2^10bit。一个地址，每次读写数据只需要1bit。
设定8个锁存器（1个内存单元）共享1个地址，那么寻址空间就是2^10Byte。一个地址，每次读写数据需要8bit，分别给8个锁存器。
问：存储单元为什么是8位？
英文文本信息（ASCII）的状态有100多，需要7位二进制表示100多个状态。换句话说存储单元位数至少要有7位。
- 7位作为存储单元，不方便表示、扩展。最终，可寻址存储单元就是8位。
问：计算机如何读取内存中数据和指令？
计算机通过地址总线、数据总线、控制总线的数据传输通道，发出一条指令给内存，这条指令就是三条总线上的电平表示。内存收到信号，通过地址总线上的信号找到内存单元。通过控制总线的信号知道是读还是写数据总线上的数据。问：计算机如何区分数据总线上的信息是表示数据还是指令？
- 内存中的代码和数据的存储没有任何区别，关键在于如何解释。
- 计算机通过存储16位地址的两个寄存器的类型，来区分数据和指令。CS：IP寄存器指向的内存空间就是指令。其他寄存器指向的内存空间就是数据。
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