计算机组成原理

1 计算机系统概述

1.1 计算机发展历程

计算机系统 = 硬件 + 软件 软件 = 系统软件 + 应用软件

1.2.1 计算机硬件的基本组成

早期 冯诺依曼结构

• 计算机由五大部件组成 (I/O、存储器、运算器、控制器)
• 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
• 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
• 以运算器为中心 (输入/输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成)

现代计算机

• 以存储器为中心

CPU = 运算器+控制器

1.2.2 硬件工作原理

1.2.2.1 主存储器的基本组成

主存储器 = 存储体+MAR+MDR

存储体内 一个地址对应一个存储单元，每个存储单元存放一串二进制代码，这串二进制代码叫做存储字(word)

存储元：即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit

MAR位数反映存储单元的个数，MAR=4位 即 共有$2^4$个存储单元

MDR位数 = 存储字长，MDR=16位 即 每个存储单元可存放16bit，一个字(word)=16bit

注：1个字节(Byte)=8bit，1B=1个字节, 1b=1bit

1.2.2.2 运算器的基本组成

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: 算数逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算、逻辑运算

1.2.2.3 控制器的基本组成

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

完成一条指令的步骤：1️⃣取指令(PC) 2️⃣分析指令(IR) 3️⃣指令指令(CU)

1.2.2.4 计算机的工作过程

初始 指令、数据存入主存，PC指向第一条指令 从主存中取指令放入IR、PC自动加1、CU分析指令、CU指挥其他部件执行指令

(可以以此 深刻理解 冯诺伊曼的计算机结构特点)