--- theme: vue-pro highlight: atelier-cave-dark --- 文章来源于：[# 1.2.2 认识各个硬件部件](https://gitee.com/wujingyue/records/blob/master/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E6%8A%80%E6%9C%AF/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E5%9F%BA%E7%A1%80/%E7%8E%8B%E9%81%93%E8%AE%BA%E5%9D%9B/1.2.2%20%E8%AE%A4%E8%AF%86%E5%90%84%E4%B8%AA%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E9%83%A8%E4%BB%B6.md#) # 1.2.2 认识各个硬件部件创建时间：2021年11月29 14:00 ## 主存储器的基本组成 ![image-20211129135856845](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/28be2d656f9f4af19758c159da181134~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 图1 其中 MDR （Memory Address Register）是存储地址寄存器；MAR（Memory Data Register）是存储数据寄存器。所谓 MDR 可以理解成高铁站上的大屏幕，像下面这种： ![车站大屏幕显示的d6504列车发车信息.](https://imgs.wantubizhi.com/upload/i_1/T1huMFdJZ3Y2V3VzVloxUEtCaExYZz09/2788960367x496904945_26_0.jpg) 图2 这些并不是真实的位置，但是说出了真实的位置在什么地方，比如第一条，福州，检票口 6 ，这里只是记录去福州的检票口位置，并不是真正的位置，这个时候就可以根据这条信息前往对应的位置。而这个屏幕就相当于 MDR ，记录的是一条条地址信息。视频中使用菜鸟驿站做的比喻，更贴切，比如：11-2-5，就是代表第11排第2层第5个包裹，根据这个就能很容易找到包裹。MAR 就是具体的包裹，在计算机里面就是从内存中取出来的数据。下面我看一下菜鸟驿站的大致结构： ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/e7646569960e4b7b931e8d4d3e77dd74~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image?) 图3 假设包裹是绿色的框框。其中拿着取货码就可以找包裹了，找到包裹就可以扫码取走了。其中编号是放包裹的货架。其中存放取货码的是 MDR ，找到数据以后会放到 MAR 中，也就是扫码取走的柜台。存储体是由存储单元构成的，一个存储单元可存储一串二进制代码，像 0000 1101 0011 0001 这样的串，称这样的串二进制代码为一个存储字，注意：这里的“字”，并不是字节；而串的位数称为存储字长，像 0000 1101 0011 0001 这样的存储字有 16 位，也就是这里的存储字长为16。而每一位可以存储的为 0 或 1，用于存放 0 或 1 的元件为存储元。现在我们再看图3中的123456，可以理解为存储单元的编号，而 MDR 中存储的就是这些编号；所以我们可以很好的理解假如MDR的位数是8位，那么可以存的编号范围位 0-2^8 ，同样存储体的存储单元个数为 2^8 个。通过上面我们知道存储单元最后都会放到 MAR 中，也就代表着，MAR 假如是 16 位，那么存储体中存储单元的位数也就是 16 位。通过 MAR 和 MDR 我们就可以得到存储体的容量了，也就是：存储体容量=MDR范围 * MAR位数例如，MAR 为 16 位，根据 2^16 = 65536 ，表示此存储体内有 65536 个存储单元（即 64 K 个存储字， 1K = 1024 = 2^10）；而 MDR 为 32 位，表示存储容量为 2^16 * 32 = 2^21 = 2 M 位（1 M = 2^20）。得到的单位是 bit ，也就是位，现在一般都不用 bit 来表示，可以转换成 M 或 G 来表示，对应的换算如下表所示： | 换算前单位 | bit | B | K | M | G | | ---------- | -------- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 1B | 8 | | | | | | 1K | 8 * 2^10 | 2^10 | | | | | 1M | 8 * 2^20 | 2^20 | 2^10 | | | | 1G | 8 * 2^30 | 2^30 | 2^20 | 2^10 | | | 1T | 8 * 2^40 | 2^40 | 2^30 | 2^20 | 2^10 | | | | | | | | 表1 ## 运算器的基本组成 ![image-20211129155607136](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/637fba2a6d304a29ad00933c3d1669ab~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 图4 其中 ACC （Accumulator）为累加器，MQ（Multiplier-Quotient Register）为乘商寄存器，ALU（Arithmetic And Logic Unit）算术逻辑单元，X为操作数寄存器。其中 ACC 、 MQ 和 X 为寄存器，寄存器是存储数据的地方，这些寄存器所存储不同类别类型操作数为： | | 加法 | 减法 | 乘法 | 除法 | | ---- | ---------- | ---------- | -------------- | ------------ | | ACC | 被加数及和 | 被减数及差 | 乘积高位 | 被除数及余数 | | MQ | | | 乘数及乘积低位 | 商 | | X | 加数 | 减数 | 被乘数 | 除数 | | | | | | | 表2 这个表的意思是，例如进行加法的时候，ACC 累加寄存器会存加数及和这两个数据，而 MQ 乘商寄存器就啥也不存，X操作数寄存器存放加数；在加法中有加数和被加数，比如 2+3=5 ，加数为 3 ，被加数 2 ，和是 5 ，那么在进行运算这个表达式的时候，会把 2 和 5 放到 ACC 累加寄存器中，把 3 放到 X 操作数寄存器中。这样再去看书中的例子就能很容易看懂了。 ## 控制器的基本组成 ![image-20211129162335568](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/e672c67076fa4680a0d840d59efe780a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 图5 控制器由 PC（Program Counter）程序计数器、IR（InstructionRegister）指令寄存器和 CU（Control Unit）控制单元组成。PC 用来存放当前欲执行指令的地址，与主存的 MAR 之间有一条直接通路，且具有自动加 1 的功能，即可自动形成下一条指令的地址。 IR 用来存放当前的指令， IR 的内容来自主存的 MDR。CU 用来分析当前指令所需完成的操作，并发出各种微操作命令序列，用以控制所有被控对象。 ## 计算机的工作过程我们以课本中的 ax^2 + bx + c 为例，当加载这个表达式到主存储体中，像下面这样： ![image-20211129164054677](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/38d68db5b12e41a5b5c0e53f75eb0019~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 表3 第一轮： 1）程序刚开始的时候 PC 程序计数器处于 0 的位置； 2）使 MAR 存储地址寄存器使其值为 0 ； 3）MAR 存储地址寄存器根据 0 这个地址编号从存储体中找到对应的数据 0000 0100 0000 1000 ； 4）将数据放入 MDR 存储数据寄存器中； 5）把这条指令放到 IR 指令寄存器中； 6）交给 CU 控制单元，通过分析，这是一条取值，取出对应的值 00 0000 1000 ，也就是 8 ； 7）写入到 MAR 存储地址寄存器中，MAR 存储地址寄存器去找到对应的数据 x ； 8）拿到数据后放到 MDR 存储数据寄存器中； 9）将这个数存入 ACC 累加寄存器。第二轮：经过第一轮， PC 程序计数器已经指向了 1 。 1）PC 程序计数器变成了 1 ； 2）使 MAR 存储地址寄存器使其值为 1 ； 3）MAR 存储地址寄存器根据 1 这个地址编号从存储体中找到对应的数据 0000 0100 0000 1001 ； 4）将数据放入 MDR 存储数据寄存器中； 5）把这条指令放到 IR 指令寄存器中； 6）交给 CU 控制单元，通过分析，这是一条乘法指令，取出对应的值 00 0000 1001 ，也就是 9 ； 7）写入到 MAR 存储地址寄存器中，MAR 存储地址寄存器去找到对应的数据 a ； 8）拿到数据后放到 MDR 存储数据寄存器中； 9）将原本 ACC 累加寄存器的数存入 X 操作数寄存器； 10）将 MDR 的数据存入 MQ 中； 11）经过 ALU 算术逻辑单元计算将结果的高位存入 ACC 累加寄存器中，低位存入 MQ 乘商寄存器中。接下来的步骤我省略了，主要就是参考这个步骤和表 2 来进行分析理解。