计算机组成初步

系统概述

设计一台简单的计算机

要具有：

• 逻辑运算
• 算术运算
• 存储功能

逻辑运算

包括或or gate与 and gate非异或exclusive or gate等等

几个电极就叫几级管，例如三极管的接通与否可以通过高低电平来实现转换

and gate 是 both true 推的true

or gate 是至少一个true 推的true

exclusive or gate 是有且仅有一个true 推的true

算术运算

由我们制造计算机的器件，无论是开关还是三极管都只有两种状态，非开即关。二元选择对应着二进制的0和1.正常的二进制运算，高位也称为是第二位是与运算的结果，低位也称为是第一位是异或逻辑选算的结果。

运算器就是简单的三极管叠加，可以进行大于两位的二进制运算

存储功能

存储功能的主角还是三极管，一位三极管在高低电平下有两种不同的状态，故可以用来存储二进制的数。

产生存储器。Memory

传统行业将运算器与控制器制造在一块就是所谓的CPU了。

计算机发展历史

硬件

1. 1946 ENIAC 电子管 用来构成三极管

三极管通过给一个电极增加不同的电平来实现另外两个电极的导通或者是断开

2. 晶体管

3. 中小规模集成电路

由于科技的进步，晶体管越来越小，小到可以将由晶体管做成的不同的部件都焊到同一块板子上，例如运算器跟控制器集成到了一块板子上做成了CPU

4. 大规模集成电路
5. 超大规模集成电路

摩尔定律：每平方英寸电路板上的警惕数量每18个月翻一倍

将运算器和控制器合并到一块芯片上造出了微处理器，经历了4、8、16、32、64位（也即CPU在处理二进制时，一次对多处理的位数。）

半导体存储器的发展：1kb、4kb、14kb、64kb、256kb、1mb、4mb、...1gb.每个阶段的容量都是上一个阶段的四倍

软件

先出现语言，在出现操作系统

计算机的层次结构

外设 \(I/O\) input and output

主机 CPU and m

• m mar mdr

• CPU

• alu： 算术逻辑单元 在运算器里面

• mar： 单元地址存储 a-address

n位长的mar可以映射到\(2^{n}\) 个地址

• mdr：用来存放从存储单元中取出或者将要存入存储单元的数据 d-data

mdr的长度等于存储单元的长度，称之为存储字长，即存储单元中存储基元的个数。每8位存储基元称为一个字节--- bit 位 byte 字节 word 字

• acc 累加器