【Java NIO】系統基礎

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系統硬體

• CPU - 中央處理單元
• ALU - 算數邏輯單位
• PC - 程式計數器
• USB - 通用序列匯流排

匯流排

匯流排，貫穿整個系統的一組電子管道，在各個組件間傳遞位元組流資訊。

傳送定長的位元組塊，稱為字；字中的位元組數，稱為字長。

處理器

CPU，中央處理單元，是解釋/執行儲存在主存中指令的引擎。

PC，程式計數器，在任何時間點上，都指向主存中某條機器語言指令（內含其地址）。

寄存器檔案，存放裝置，CPU的核心。它是一個小的存放裝置，由一些字長大小的寄存器組成，這些寄存器每個都有唯一的名字。

ALU計算新的資料和地址值。

從系統通電開始，直到系統斷電，處理器一直重複指向相同的基本任務：從PC指向的儲存空間處讀取指令，解析指令，執行指令指示的簡單操作，然後更新PC指向下一條指令。

• 載入 - 從主存中拷貝一個位元組或一個字到寄存器，覆蓋寄存器原來的內容。
• 儲存 - 從寄存器拷貝一個位元組或一個字到主存的某個位置，覆蓋這個位置上的原來的內容。

 三大邏輯門

與(And)、或(Or)、非(Not)

 時鐘控制

組合電路本質上不儲存任何資訊。它們只是簡單地響應輸入訊號，輸出等於輸入的某個函數轉換。

大多數時候，寄存器都保持在穩定點(x), 產生的輸出等於它的目前狀態。訊號沿著寄存器前面的組合邏輯傳播，產生了一個新的寄存器輸入(y), 但只要時鐘是低電位，寄存器的輸出就保持不變。當時鐘變成高電位的時候，輸入訊號就載入到寄存器，成為下一個狀態y, 這個狀態就成為寄存器的新輸出。寄存器作為電路不同部分中的組合邏輯之間的屏障，只有在每個時鐘上升沿時，值才會從寄存器的輸入傳送到輸出。

 

指令階段

一條指令包含很多操作，可以將這些操作組織為階段序列。

• 取指(fetch) ：從儲存空間讀入指令，地址為PC的值。
• 解碼(decode) ：從寄存器檔案讀入最多兩個運算元，得到valA和/或valB。
• 執行(execute) ：ALU要麼執行指令指明的操作，要麼增加或減少棧指標。
• 訪存(memory) ：將資料寫入儲存空間，或者從儲存空間中讀取資料。
• 寫回(write back) ：最多可以寫兩個結果到寄存器檔案。
• 更新PC(PC update) ：將PC設定為下一條指令的地址。

流水線技術

如前所提指令階段，將指令分解為多個階段，並讓不同指令的各個階段重疊，從而實現幾條指令平行處理，以加速程式運行。

指令的每個階段都有各自獨立的電路來處理，每完成一步，就進到下一步，而前一步則處理後續指令。

 

 

主儲存空間

主存是一個臨時存放裝置，在處理器執行程式時，被用來存放程式，以及程式處理的資料。

可以看作是一個線性位元組數組，每個位元組都有自己唯一的地址（數組索引），地址從0開始。

 

儲存空間層次模型
虛擬記憶體
快取
進程管理
線程調度I/O裝置

I/O, 輸入/輸出裝置，是系統與外界的聯絡通道。

磁碟

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