计算机组成原理——学习笔记1

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一. 计算机硬件的基本组成

1.计算机的发展历程：

2.冯诺依曼计算机：
　　存储程序：是指将指令以二进制的形式输入存储在计算机中的主存储器中，然后按其在主存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束。


　　硬件和软件是等效的，在计算机系统中，硬件和软件是逻辑等效的，只是在实现系统的时候所需的成本有所不同。
　　冯诺依曼计算机模型的几个特点：

• 计算机由五大不见组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器
• 指令和数据以同等地位存储在存储器中，可以按地址访问
• 指令和数据都是以二进制的形式存储的
• 指令由操作码和地址码组成，地址码有时不唯一
• 存储程序
• 以运算器为核心，一切有关计算机的操作都要经过运算器，eg：输入、输出设备与存储器之间的数据访问都需要经过运算器

3.现代计算机模型

 

特点：

• 计算机由五大不见组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器
• 指令和数据以同等地位存储在存储器中，可以按地址访问
• 指令和数据都是以二进制的形式存储的
• 指令由操作码和地址码组成，地址码有时不唯一
• 存储程序
• 以存储器为核心
• CPU = 运算器 + 控制器
• 
• 

4.计算机的硬件组成（小结）

 

 

二. 计算机各硬件的基本结构

1. 主存储器

用于存放指令或数据

MAR：Memory Address Register 存储地址寄存器，MAR的字长决定了存储体的理论上的最大可用容量
MDR：Memory Data Register 存储数据寄存器，MDR的字长反映了存储体中一个存储单元的存储字长
　　有关存储器的一些相关概念：

• 存储单元：每个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：一个存储单元的二进制长度
• 存储元：即一个存储二进制的原件，每个存储原可以存放一个bit

2.运算器

用于实现算术运算、逻辑运算

 

 

　　有关运算器的一些相关概念：

• 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，用于存放相关操作数或运算结果
• 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术运算、逻辑运算
•  

3.控制器

 

　　有关控制器的相关概念：

• CU：Control Unit 控制单元，分析指令，给出控制信号
• IR：Instruction Register 指令寄存器，存放当前执行的指令
• PC Program Counter 程序计数器，存放下一条指令的地址，有自动加一的功能

完成一条指令的步骤：取指令(PC) -> 分析指令(IR) -> 执行指令(UC)

4.各硬件之间的联系：

 

 

 

 

需要注意：现代计算机也常把MAR、MDR集成在CPU中

三. 计算机的层次结构

1. M0：微程序机器
   用微指令系统的机器（硬件）
   用硬件直接执行微指令
   
   
2. M1：传统机器
   用机器语言的机器
   执行二进制机器指令
   
   
3. M2：虚拟机器
   用操作系统的机器
   向下整合二进制指令，向上提供“广义指令”（系统调用）
   
   
4. M3：虚拟机器
   用汇编语言的机器
   用汇编程序翻译成机器语言程序
   
   
5. M4：虚拟机器
   用高级语言的机器
   用编译程序翻译成汇编语言
   
   
6. M5：虚拟机器
   用应用语言的机器
   
   

 

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