计算机组成01

目前用的比较广泛的计算机是冯诺依曼计算机，属于储存型计算器，具有以下特点：

1. 有五大部件
2. 指令和数据以同等地位存储在存储器中，按地址寻访
3. 使用二进制
4. 指令=操作码+地址码
5. 以运算器为中心
6. 存储程序

五大部件及其作用

1. 控制器：指挥控制程序运行，控制指令执行的先后顺序，主要部件为 CU
2. 运算器：负责逻辑运算和算数运算，主要部件为 ALU
3. 存储器：存放数据和程序,分为主存和辅存
4. 输入设备
5. 输出设备

1+2=CPU
主机+IO 设备=硬件
1+2+主存=主机
辅存+输入+输出=IO 设备

但是冯诺依曼计算机存在缺点：它是以运算器为中心的，所有的操作都要经过运算器，会导致主机繁忙，产生性能瓶颈。所以现代计算机开始以存储器为中心

对比：

冯诺伊曼结构：

1. 将运算器置于中心意味着整个系统的性能受到处理器速度的限制。即使运算器能够执行各种复杂的运算，但如果其他组件无法与其同步，可能会导致系统的性能瓶颈
2. 如果运算器需要频繁访问内存以获取指令或数据，而内存访问延迟较高，将会导致运算器等待内存访问完成，从而降低系统性能
3. 运算器可能需要大量的数据传输来执行运算，如果数据传输带宽有限或者传输延迟较高，可能会导致数据传输成为系统的性能瓶颈
4. 在多核处理器或者并行计算系统中，多个运算器可能会竞争共享资源，例如内存、总线等。如果资源竞争激烈，可能会导致系统性能下降
5. 运算器通常是计算机系统中功耗较高的组件之一，如果系统设计过于依赖于运算器，可能会导致系统功耗过高，从而产生散热问题

现代计算机：

1. 内存层次结构：内存层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，高速缓存作为CPU和主存之间的缓冲，能够提供快速的数据访问，减少了CPU等待数据的时间，从而提高了计算机的性能
2. 快速存储器技术能够提供更快的数据传输速度和更高的容量，从而加速数据访问和传输，提高了计算机的整体性能
3. 新时代处理器和编译器通过各种技术对内存访问进行优化，例如预取、数据对齐、数据重排等。这些优化措施可以减少内存访问延迟，提高内存带宽利用率，从而提高计算机的性能

硬件框图

现实问题解决

1. 能否用计算机解决-可计算性
2. 创建数学模型
3. 确定计算方法
4. 编制解决程序
   • 程序：运算的所有步骤
   • 指令：每一个步骤

存储器

主存储器=存储体+MAR+MDR

基本概念

存储体：主要用来保存指令和数据(0,1 代码)

存储单元：存放一段二进制代码，每个存储单元对应一个地址

存储字：在存储单元中二进制代码的组合

存储字长：存储单元中二进制代码的位数

一个存储体由若干个存储单元构成，一个存储单元由若干个存储元件组成

每个存储元件可以存储一位二进制数0/1

MAR：存储器地址寄存器，存储单元的编号(地址)，可以用来表示存储单元的个数 MDR：存储器数据寄存器，存储要送入 CPU/保存到存储体/刚从存储体取出的数据，可以表明存储字长

举个例子： MAR 4 位，MDR 8 位 可以保存 16 个地址（16 个存储单元），每一个存储单元的存储字长为 8 位

运算器

ALU->组合电路

运算器组成

1. ACC:累加器，通用寄存器的一种，用于存储运算的中间结果或最终结果
2. MQ:乘法商寄存器用于存储乘法运算的结果中的商部分
3. ALU:算术逻辑单元,根据控制信号执行特定的算数或逻辑运算
4. x:X 寄存器通常是指通用目的寄存器，用于存储临时数据和计算过程中的中间结果。它们可以用于任何目的，例如存储运算的操作数或结果

控制器

功能：分析解释指令并保证指令的有序执行

完成一条指令需要的过程：

1. 取指令：需要获取存储指令的地址，需要 PC 程序计数器
2. 分析指令：需要存储当前正在执行的指令，即 IR 指令寄存器
3. 执行指令：需要控制指令的执行顺序，由 CU 控制

控制器组成

PC程序计数器，IR指令寄存器，CU控制单元