计算机组成原理1 概论-优快云博客

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一、计算机系用概论

1.1计算机系统简介

1.软件、硬件

计算机系统两大部分：软件、硬件

硬件：计算机系统的实体部分，如主机、外设等

软件：具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应用软件

系统软件（系统程序）：管理整个计算机系统，不需要认为干预，屏蔽硬件细节

包括操作系统（批处理系统、分时系统、实时系统等）、服务程序（诊断程序、调试程序、连接程序等）、语言处理程序（汇编程序、编译程序等）、标准程序库、数据库管理系统、网络软件等

应用软件（应用程序）：科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序等

2.计算机系统层次结构

高级语言--翻译程序/解释程序-->机器语言

固件：软件永恒存于只读存储器中，操作系统部分固化

软硬件交接界面向上发展

小嵌入式机器没有操作系统

3.计算机组成、计算机体系结构

计算机体系结构：能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，大都属于抽象属性。包括指令集、数据类型、存储寻址技术、I/O机理等

计算机组成：如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含许多对程序员来讲是透明的硬件细节。

区分：

指令系统体现了机器的属性：结构问题

指令实现包括如何取指令、分析指令、取操作数、运算、送结果等：组成问题

是否具备乘法指令功能：结构问题

如何实现乘法指令：组成问题

1.2计算机的基本组成

1.冯·诺伊曼计算机特点

计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成
指令和数据均采用二进制表示
指令和数据以同等地位存放在存储器中，按地址访问
指令由操作码、地址码组成
指令在存储器内按顺序存放，通常顺序执行
机器以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送通过运算器完成

以运算器为中心的体系结构每次I/O都需要运算器参与，浪费很多可以用于运算的时间。

现代计算机多采用以存储器为中心的结构，运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，两大部件往往集成在同一芯片上，成为中央处理器（CPU）

主存制成大规模集成电路的芯片，将MDR，MAR集成在CPU上

2.以存储器为中心的计算机

3.现代计算机三大部分：CPU，I/O设备，主存储器（主机和外部设备）

完成一条指令的操作：取指、分析、执行

2.计算机硬件

运算器：完成算数运算和逻辑运算，结果暂存在运算器内
- 算术逻辑单元（ALU）：运算器核心，主要功能包括算术运算和逻辑运算
- 至少包含三个寄存器: ACC：累加器 MQ：乘商寄存器 X:操作数寄存器
控制器：控制程序和数据输入、运行以及处理运算结果，包括相关寄存器
- 控制单元（CU）：控制器核心，主要功能包括解释指令并发出操作命令，控制I/O
- 包含两个寄存器：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）
- PC:存放当前预执行指令的地址，自动+1
- IR：存放当前指令，PC→MAR，MDR→IR， OP（IR）→CU，分析指令，发出微操作命令序列； AD（IR）→MAR，操作数的地址送至MAR
存储器：存放数据和程序
- 主存储器（内存/主存）：直接与CPU交换信息：包括存储体、 MAR（存储器地址寄存器）、MDR（存储器数据寄存器）工作方式：访存（按地址存取方式）按存储单元地址号来实现对存储字各位的存取
  - 存储体<--存储单元（存储字、存储字长、存储单元地址）<--存储元件（0，1） 一个存储字可代表一个二进制数/一串字符/一条指令 存储字长、指令字长、数据字长可各不相同，但都是字节整数倍（1B=8bit）
  - MAR：存储欲访问存储单元的地址，其位数决定存储单元数量
  - MDR：存放从存储体中取出或将要放入存储体的信息，位数与存储字长相等
- 辅助存储器（外存/辅存）：存储信息调入主存后交给CPU