我想了解关于计算机体系结构中的计算机组织结构的知识，请写一篇详细的介绍
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## 计算机体系结构中的计算机组织结构

计算机组织结构指计算机的组成部分及各部分之间的互连实现。典型计算机的基本组成包括CPU、存储器、I/O设备，其中CPU包括运算器和控制器，I/O设备包括输入设备和输出设备。计算机从输入设备接收程序和数据，存放在存储器中；CPU运行程序处理数据；最后将结果数据通过输出设备输出。运算器包括算术和逻辑运算部件、移位部件、寄存器等。复杂运算如乘除法、开方及浮点运算可用程序实现或由运算器实现。寄存器既可用于保存数据，也可用于保存地址。运算器还可设置条件码寄存器等专用寄存器，条件码寄存器保存当前运算结果的状态，如运算结果是正数、负数或零，是否溢出等。控制器控制指令流和每条指令的执行，内含程序计数器和指令寄存器等。程序计数器存放当前执行指令的地址，指令寄存器存放当前正在执行的指令。指令通过译码产生控制信号，用于控制运算器、存储器、I/O设备的工作。这些控制信号可以用硬连线逻辑产生，也可以用微程序产生，也可以两者结合产生。为了获得高指令吞吐率，可以采用指令重叠执行的流水线技术，以及同时执行多条指令的超标量技术。当遇到执行时间较长或条件不具备的指令时，把条件具备的后续指令提前执行（称为乱序执行）可以提高流水线效率。控制器还产生一定频率的时钟脉冲，用于计算机各组成部分的同步。存储器存储程序和数据，又称主存储器或内存，一般用动态随机存储器（dynamic random access memory，DRAM）实现。CPU可以直接访问它，I/O设备也频繁地和它交换数据。存储器的存取速度往往满足不了CPU的快速要求，容量也满足不了应用的需要，为此将存储系统分为高速缓存（cache)、主存储器和辅助存储器三个层次。高速缓存存放当前CPU最频繁访问的部分主存储器内容，可以采用比DRAM速度快但容量小的静态随机存储器（static random access memory，SRAM）实现。数据和指令在高速缓存和主存储器之间的调动由硬件自动完成。为扩大存储器容量，使用磁盘、磁带、光盘等能存储大量数据的存储器作为辅助存储器。计算机运行时所需的应用程序、系统软件和数据等都先存放在辅助存储器中，在运行过程中分批调入主存储器。数据和指令在主存储器和辅助存储器之间的调动由操作系统完成。CPU访问存储器时，面对的是一个高速（接近于高速缓存的速度）、大容量（接近于辅助存储器的容量）的存储器。现代计算机中还有少量只读存储器（read only memory，ROM）用来存放引导程序和基本输入输出系统（basic input output system，BIOS）等。现代计算机访问内存时采用虚拟地址，操作系统负责维护虚地址和物理地址转换的页表，集成在CPU中的存储管理部件（memory management unit，MMU）负责把虚拟地址转换为物理地址。I/O设备实现计算机和外部世界的信息交换。传统的I/O设备有键盘、鼠标、打印机和显示器等；新型的I/O设备能进行语音、图像、影视的输入输出和手写体文字输入，并支持计算机之间通过网络进行通信；磁盘等辅助存储器在计算机中也当作I/O设备来管理。处理器通过读写I/O设备控制器中的寄存器来访问及控制I/O设备。高速I/O设备可以在处理器安排下直接与主存储器成批交换数据，称为直接存储器访问（directly memory access，DMA）。处理器可以通过查询设备控制器状态与I/O设备进行同步，也可以通过中断与I/O设备进行同步。由若干个CPU、存储器和I/O设备可以构成比单机性能更高的并行处理系统。现代计算机各部件之间采用总线互连。为了便于不同厂家生产的设备能在一起工作以及设备的扩充，总线的标准化非常重要。常见的总线包括片上总线如AXI总线，系统总线如QPI和HT总线，内存总线如SDRAM总线，I/O总线如PCIE、SATA、USB总线等。