计算机组成原理知识点梳理（一）
注：所学教材为《计算机组成原理(第二版)》 唐朔飞 编著 ; 本次梳理涵盖内容为：
第一章 计算机系统概论
1.1 计算机系统简介
1.2 计算机的基本组成
参考内容以及图片来源为书本和csdn博文
第一章 计算机系统概论
1.1 计算机系统简介
计算机系统结构：主要研究软硬件功能的分配和对软硬件界面的确定。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是对计算机组成的物理实现。
计算机系统的层次结构
第三级： 虚拟机器M4（高级语言机器） 用编译程序翻译成汇编语言程序
第二级： 虚拟机器M3（汇编语言机器） 用汇编语言翻译成机器语言程序
操作系统： 虚拟机器M2 （操作系统机器） 用机器语言解释操作系统
第一级： 传统机器M1（传统机器M1） 用微程序解释机器命令
第零级： 微程序机器M0 （微指令系统） 由硬件直接执行微指令
1.2 计算机的基本组成
冯·诺依曼计算机的特点（机器以运算器为中心）
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1. 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成
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2. 指令(程序)和数据以二进制不加区别地存储在存储器中
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3. 程序自动运行
现代计算机由三大部分组成（已经转化为以存储器为中心）
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1.
CPU(
Central
Processing
Unit) 中央处理器，核心部件为
ALU(
Arithmetic
Logic
Unit,算术逻辑单元)和
CU(
Control
Unit,控制单元)
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2.
I/
O设备(受
CU控制)
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3. 主存储器(
Main
Memory,
MM)，分为
RAM(随机存储器)和
ROM(只读存储器)
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//CPU与MM合成主机，I/O设备可称为外部设备
一条指令在CPU的执行过程
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// 专业术语
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1. Ad(Address) 形式地址
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2. DR(Data Register) 数据寄存器
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3. AR(Address Register) 地址寄存器(MAR)
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4. IR(Instruction Register) 指令寄存器
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5. BR(Buffer Register) 缓冲寄存器(MBR)
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5. ID(Instruction Decoder) 指令译码器
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6. PC(ProgramCounter) 程序计数器
CPU内部结构框图
过程详述：
几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的CPU，其工作都可以分为5个阶段：
取指令
指令译码
执行指令
访存取数
结果写回
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1.取指令阶段
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取指令（
Instruction
Fetch，
IF）阶段是将一条指令从主存中取到指令寄存器的过程。
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程序计数器
PC中的数值，用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后，
PC中的数值将根据指令字长度而自动递增：若为单字长指令，则(
PC)+
1à
PC；若为双字长指令，则(
PC)+
2à
PC，依此类推。
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//PC -> AR -> Memory
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//Memory -> IR
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2.指令译码阶段
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取出指令后，计算机立即进入指令译码（
Instruction
Decode，
ID）阶段。
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在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
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在组合逻辑控制的计算机中，指令译码器对不同的指令操作码产生不同的控制电位，以形成不同的微操作序列；在微程序控制的计算机中，指令译码器用指令操作码来找到执行该指令的微程序的入口，并从此入口开始执行。
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// { 1.Ad
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//Memory -> IR -> ID -> { 2.PC变化
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// { 3.CU（Control Unit）
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3.访存取数阶段
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根据指令需要，有可能要访问主存，读取操作数，这样就进入了访存取数（
Memory，
MEM）阶段。
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此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。
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//Ad -> AR -> AD -> Memory
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4.执行指令阶段
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在取指令和指令译码阶段之后，接着进入执行指令（
Execute，
EX）阶段。
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此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。为此，
CPU的不同部分被连接起来，以执行所需的操作。
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例如，如果要求完成一个加法运算，算术逻辑单元
ALU将被连接到一组输入和一组输出，输入端提供需要相加的数值，输出端将含有最后的运算结果。
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//Memory -> DR -> ALU
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5.结果写回阶段
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作为最后一个阶段，结果写回（
Writeback，
WB）阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式：结果数据经常被写到
CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取；在有些情况下，结果数据也可被写入相对较慢、但较廉价且容量较大的主存。许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态，这些标志位标识着不同的操作结果，可被用来影响程序的动作。
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//DR -> Memory
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6.循环阶段
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在指令执行完毕、结果数据写回之后，若无意外事件（如结果溢出等）发生，计算机就接着从程序计数器
PC中取得下一条指令地址，开始新一轮的循环，下一个指令周期将顺序取出下一条指令。
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//重复 1~5
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//遇hlt(holt on)停止
作者：admirersuper
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來源：简书
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