组成原理（一）：入门
目录
学习重点
- 计算机系统层次
- 软硬件层面
- 语言层面
- 冯诺依曼结构计算机
- 特点
- 存储器为中心示意图
- 计算机解题过程
- 存储器基本组成
- 运算器基本组成
- 控制器功能
- 指令执行过程
- 计算机硬件技术指标
- 摩尔定律
1.课程大纲
哈工大 《计算机组成原理》
2.计算机系统层次
- 软硬件层面：
- 应用软件
- 系统软件
- 硬件
- 语言层面：
- 高级语言
- 汇编语言
- 操作系统DOS
- 机器语言
- 微指令
3.冯诺依曼结构计算机
-
特点：
- 五大部件：输入设备，输出设备，存储器，控制器，运算器
- 指令和数据以同等地位存于存储器，按地址访问
- 指令包含操作码和地址码
- 将程序存储在内存中
- 早期以运算器为中心，后期以存储器为中心
-
示意图：
- 以存储器为中心
- 以存储器为中心
-
简单理解图：
4.计算机解题过程
4.1 存储器基本组成
- 存储体：
存储体—(多个)—存储单元—(多个)—存储元件
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组合（1字=n字节）
存储字长： 存储单元中二进制代码位数 (位，1字节=8位) - MAR：
存储器地址寄存器，存储单元个数，现多放在CPU内 - MDR：
存储器数据寄存器，存储字长，现多放在CPU内
4.2 运算器基本组成
- ACC：累加寄存器
ALU：算术逻辑运算单元（算逻运算单元）
X：操作数寄存器
MQ：乘商寄存器 - 各组件作用：
| 操作 | ACC | MQ | X |
|---|---|---|---|
| 加 | 被加数，和 | —— | 加数 |
| 减 | 被减数，差 | —— | 减数 |
| 乘 | 乘积高位 | 乘数，乘积低位 | 被乘数 |
| 除 | 被除数，余数 | 商 | 除数 |
4.3 控制器功能
执行指令
保证指令按序执行
4.4 指令执行周期
- 取指令（PC）——>分析指令（IR）——>执行指令（CU）
- PC：存放当前指令地址
IR：存放当前欲执行的命令
CU：控制单元，核心 - 指令执行过程
- 取指：PC——>MAR——>存储体——>MDR——>IR
- 分析指令：IR—(操作码)—>CU
- 执行(输出)：IR—(地址码)—>MAR——>存储体——>MDR——>ACC
- 执行(输入)：IR—(地址码)—>MAR——>存储体
ACC——>MDR——>存储体
5.计算机硬件主要技术指标
-
机器字长：cpu一次（一个时钟周期）处理数据的位数
-
运算速度：
- 主频核数：每个核支持的线程数
- CPI：执行一条指令所需的时钟周期
- IPC：一个时钟周期执行多少指令
- MIPS： 每秒执行几百万条指令
- FLOPS：每秒浮点运算次数
-
存储容量：
存放的总二进制位数
6.硬件技术的发展
- 电子管
- 晶体管
- 中小规模集成电路
- 大规模集成电路
- 超大规模集成电路（目前）
7.摩尔定律
微机芯片上的晶体管数量每两到三年翻两倍（已失效）
