计算机组成-1.计算机基本结构
冯.诺依曼结构
- 计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共 5个部分组成
- 数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由 存储器的地址指定
- 计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令加以执行
计算机结构的简化模型---模型机
- 存储器
- 存储单元
- 位宽
- 存储单元位宽由设计计算机时对存储器的编 址方法确定。如果存储器按字节编址，则每个 存储单元存放8位二进制数
- 位址
- 存储单元的 地址是唯一 的，不同存 储单元地址 互不相同
- MAR
- Memory Address Register 用于存放CPU正在读或写的存储单 元的地址
- MDR
- Memory Data Register 用于存放CPU正在读出或即将 写入存储单元的数据
- 控制总线
- 地址总线
- 如果地址总线宽度为n，则CPU 能管理的存储单元最多为2n个
- 数据总线
- CPU
- 控制器
控制器用于控制计算机各部件完成取指令、分析指令和执行指令等功能，主要组成部分如下:
- 1 指令寄存器IR
- Instruction Register IR存放“正在执行或即将 执行的指令”
- 2 程序计数器 PC
- Program Counter ：PC存放“下一条指令的存储 单元地址”，具有自动增量 计数的功能
- 3 存储器地址寄存器 MAR
- Memory Address Register MAR在访存时用于存放 “存储单元的地址”
- 4 存储器数据寄存器 MDR
- Memory Data Register MDR在访存时用于存放“对 存储单元读/写的数据”
- 5 指令译码部件
- 指令译码部件对IR中的指令进行译码，以确定IR中 存放的是哪一条指令
- 6 控制电路
- 控制电路产生控制信号，在时序脉冲的同步下控制各个 部件的动作
- 运算器
运算器用于算术运 算和逻辑运算
◦ 常见算术运算: 加、减、乘、除等
◦ 常见逻辑运算 非、与、或等
- 通用寄存器R0~Rn-1
- R0~Rn-1是n个通用寄存器，用于临时 存放数据。数据可能来自存储器，也可 能来自其它通用寄存器或ALU的输出
- ALU
- ALU对X、Y中的数据进行运算，将结果 送到Z。X、Y、Z作为ALU的数据暂存 器，可视为ALU的一部分 核心部件ALU用于完成算术 运算和逻辑运算
- F
- F用于存放运算结果的状态 (零/正负/进位/溢出)
- 内部总线
计算机结构执行指令的过程
- 取指(Fetch)
- 控制器将指令的地址送往存储器
- 存储器按给定的地址读出指令内容，送回控制器
- 译码(Decode)
- 控制器分析指令的操作性质
- 控制器向有关部件发出指令所需的控制信号
- 执行(Execute)
- 控制器从通用寄存器或存储器取出操作数
- 控制器命令运算器对操作数进行指令规定的运算
- 回写(Write-back)
现代个人计算机结构
- 输入输出
- 部分性能要求高或者用途 特殊的输入输出接口采用 独立芯片或板卡的形式
- 南北桥架构
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- cpu是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(core)和控制核心( control unit).它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据.
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- 主板是微机最基本的也是最重要的部件之一.一般为矩形电路板,上面安装了组成计算机的主要电路系统,一般有bios芯片、i/o控制芯片、键和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件.
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- 芯片一般是指主板上的南北桥,也就是说主板上两个最大的芯片.
- 北桥负责与CPU通信，并且连接高速设备（内存/显卡），并且与南桥通信；
- 南桥负责与低速设备（硬盘/USB）通信，时钟/BIOS/系统管理/旧式设备控制，并且与北桥通信。
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- 联系:主板把cpu、内存等关键核心部件通过总线和芯片组连接起来,组成电脑的核心;
- Intel 系统产品的模型
下面是 CPU 可能执行简单操作的几个步骤
- 加载(Load)：从主存中拷贝一个字节或者一个字到内存中，覆盖寄存器先前的内容
- 存储(Store)：将寄存器中的字节或字复制到主存储器中的某个位置，从而覆盖该位置的先前内容
- 操作(Operate)：把两个寄存器的内容复制到 ALU(Arithmetic logic unit) 。把两个字进行算术运算，并把结果存储在寄存器中，重写寄存器先前的内容。算术逻辑单元（ALU）是对数字二进制数执行算术和按位运算的组合数字电子电路。
- 跳转(jump)：从指令中抽取一个字，把这个字复制到程序计数器(PC) 中，覆盖原来的值
