02-计算机组成

02-计算机组成

冯诺依曼计算机的基本特点

1. 由五大部分组成 运算器、控制器、存储器、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
4. 指令由操作码和地址码组成
5. 存储程序
6. 以运算器为中心

现代计算机硬件框图

运算器 （ALU-algorithm unit）
控制器 (CU-control unit)
存储器 分为主存和辅存
输入设备
输出设备

运算器和控制器统称为cpu
cpu和主存称为主机
输入设备输出设备统称为 I/O设备
主机和I/O设备统称为硬件

系统复杂性管理的方法（3Y）

1. 层次化（Hierachy）:将被设计的系统划分为多个模块或子模块
2. 模块化（Modualarity）:有明确定义（well-defined）的功能和接口
3. 规则性（Regularity）：模块更容易重复使用

存储器的基本构成

存储器是存储指令和数据的地方
存储器的组成：

1. 存储体-存储单元-存储元件（0/1）（类比 大楼-房间-床位）
   存储单元：存放一串二进制代码
   存储字：存储单元中二进制代码的组合
   存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址
   按地址寻访
2. MAR 存储器地址寄存器 反映存储单元的个数
3. MDR 存储器数据寄存器 反映存储字长

运算器的基本构成

运算器包括 累加器型的计算机ACC ALU X MQ

	ACC	MQ	X
加法	被加数、和		加数
减法	被减数、差		减数
乘法	积的高位	乘数、积的低位	被乘数
除法	被除数	商	除数、余数

MQ只有在乘法和除法中会用到M乘，Q除

控制器的基本结构

控制器的功能
解释指令：从取指令、分析到取操作数到执行指令一直到保存结果，这样的一个完整的过程
保证指令的有序执行

完成一条指令步骤
1.取指令, 由PC（程序计数器完成）
2.分析指令, IR(指令寄存器)
3.执行指令， CU(控制单元)

PC 存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+1 ->PC
IR 存放当前欲执行的指令

执行一条取操作数指令

1. 取指令 PC->MAR->M->MDR->IR
2. 分析指令 IR->CU
3. 执行指令 IR（里面的数据地址）->MAR->M->MDR->ACC

执行一条存储操作数指令

1. 取指令 PC->MAR->M->MDR->IR
2. 分析指令 IR->CU
3. 执行指令 IR（里面的数据地址）->MAR->M（告诉M有数据需要存储到某地址） ACC->MDR->M