计算机组成原理-概述

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计算机系统概述

1.冯诺依曼机(以运算器为中心)

首次提出存储程序

在此之前由while(人员输入计算机)->计算机执行

存储程序:指令以二进制代码的形式预先输入到计算机的主存储器然后按照首地址自动、连续向下执行

CPU=运算器+控制器

1.1 特点

  1. 计算机由五大部件组成:运算器,存储器、控制器、输入设备、输出设备
  2. 指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访
  3. 指令和数据用二进制表示指令由操作码和地址码组成存储程序
  4. 以运算器为中心

2.现代计算机(以存储器为中心)

2.1现代计算机结构

  • 输入设备:将信息转换成机器能识别的形式

  • 输出设备:将结果转换成人们熟悉的形式

  • 主存储器:存放数据和程序

  • 运算器:算术运算、逻辑运算

  • 控制器:指挥各部件,使程序运行

3.各个硬件的工作原理

3.1主存储器

3.1.1 结构

MAR=4位→总共有2^4个存储单元

MDR=16位→每个存储单元可存放16bit,

1个字(word) = 16bit

3.1.2 基本组成(存储单元、存储字、存储字长)
  • 存储单元:存储器中最小的可寻址单位,每个单元存放一串二进制代码

    • 一个带地址编号的"抽屉"
  • 存储字 (word):一个存储单元中二进制代码的整体组合,作为一个独立的逻辑单位(可能是一条指令或一个数据)

    • 抽屉里放的一份完整"文件"
  • 存储字长:一个存储单元中二进制代码的位数(即存储字的长度)

    • 文件规定的固定页数

1个字节(Byte)= 8bit

1B=1个字节,1b=1个bit

3.2 运算器

  • ACC:累加器,用于存放操作数,或运算结果。

  • MQ:乘商寄存器,在乘、除运算时,用于存放操作数或运算结果。

  • X:通用的操作数寄存器,用于存放操作数

  • ALU:算术逻辑单元,通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算

3.3 控制器

  • CU:控制单元,分析指令,给出控制信号

  • IR:指令寄存器,存放当前执行的指令

  • PC:程序计数器,存放下一条指令地址,有自动加1功能

3.4 工程过程模拟

  • 取值

  • 乘法

  • 加法

  • 存值

4.计算机软件

  • 高级语言**(编译程序编译时间较长,运行速度较快)**

    • 编译型:预处理、编译、汇编、链接、可执行程序

    • 解释型:每一句翻译完成立即执行

  • 汇编语言

  • 机器语言

4.1逻辑功能等价性

  • 软件和硬件的逻辑功能等价性:同一个功能,既可以用硬件实现(性能高成本高),也可以用软件实现(性能低成本也低)

  • 指令集体系结构(ISA):软件和硬件之间的界面。设计计算机系统的ISA,就是要定义一台计算机可以支持哪些指令,以及每条指令的作用是什么、每条指令的用法是什么。

    • 可由不同微体系结构实现,软件无须修改即可兼容

    • 高级语言高度抽象,与机器指令无直接对应关系,仅汇编语言与ISA指令基本一一对应

5.计算机系统的层次结构

6.计算机系统的工作原理

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