# 计算机系统：CPU、指令集与存储系统图解

> 发布时间: 2026-08-02 18:26

# 计算机系统

## CPU 组成

```plantuml
node ALU [
	ALU
	---
	算数逻辑单元
	]
node AC [
	AC
	--
	累加寄存器
]
node DR [
	DR
	--
	数据缓冲寄存器
]
node PSW [
	PSW
	---
	状态条件寄存器
]

node IR [
	IR
	--
	指令寄存器
]

node PC [
	PC
	---
	程序计数器
]

node AR [
	AR
	--
	地址寄存器
]

node ID [
	ID
	--
	指令译码器
]

ALU --> AC
AC --> DR
ALU -l-> PSW
DR -R-> IR
IR -> ID
IR --> PC
IR --> AR
PC -> AR
```

## 指令集

```plantuml
@startmindmap
* 指令集体系
** 按暂存机制分类
*** 堆栈(stack)
*** 累加器(Accumulator)
*** 寄存器组(a set of Registers)
** 发展途径
*** CISC(复杂指令集计算机)
*** RISC(精简指令集计算机)
**** 超流水线(Super Pipe Line)
**** 超标量(Super Scalar)
**** 超长指令字(Very Long Instruction World,VLIW)
@endmindmap
```

## 存储系统

```plantuml
@startmindmap
* 存储系统
** 存储器位置分类
*** 内存
**** 虚拟存储器
***** 对主存的抽象
*** 外存
**** 磁表面存储器
***** 磁盘
****** 格式化容量
****** 非格式化容量
**** 光盘存储器
**** 固态硬盘
***** 采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质
***** 采用DRAM作为存储介质
** 构成材料分类
*** 磁存储器
*** 半导体存储器
**** 高速缓存(Cache)
***** 特点
****** 位于CPU与主存之间
****** 容量一般在几字节到几兆字节
****** 速度比主存快5~10倍
****** 由快速半导体存储器构成
****** 其内容主要是主存局部域的副本，对程序员透明
***** 地址映像方法(PS指针)
****** 直接映像，主存的块与Cache块的对应关系固定
****** 全相联映像，主存与Cache存储器均分成大小相同的块，允许主存任一块可以调入Cache存储器任一块的空间中
****** 组相联映射，将Cache和主存的块分组，组与组之间直接映像，对应组内块之间全相联映像
***** 替换算法
****** 随机替换算法
****** 先进先出算法
****** 近期最少使用算法
****** 优化替换算法
***** Cache性能分析
****** 等效加权平均访问时间
****** 不命中时才启动主存的时间
***** 多级Cache
*** 光存储器
** 工作方式分类
*** 读写存储器
*** 只读存储器(RAM)
*** 固定只读存储器(ROM)
*** 可编程的只读存储器(PROM)
*** 可擦除可编程的只读存储器(EPROM)
*** 电擦除可编程只读存储器(EEPROM)
*** 闪速存储器
** 按访问方式分类
*** 按地址访问的存储器
*** 按内容访问的存储器
**** 相联存储器
***** 把数据或数据的某一部分作为关键字，按顺序写入信息，读出时并行地将该关键字与存储器中的每一个单元进行比较，找出存储器中所有与关键字相同的数据字，适合数据的检索与更新
** 按寻址方式分类
*** 随机存储器(RAM)
*** 顺序存储器(SAM)
*** 直接存储器(DAM)
** 磁盘阵列技术
** 存储域网络
@endmindmap
```

## 原码反码补码

### 机器数

* 二进制表示的数，无正负之分，计算机用最高位表示正负

### 真值

* 带符号位的机器数表示的值

### 原码

* 带符号位的机器数

### 反码

* 正数的反码是他本身
* 负数的反码符号位不变，其他位取反

### 补码

* 正数的补码是他本身
* 负数的补码是反码+1