1.2 计算机的基本组成

根据哈工大–刘宏伟老师的教学视频学习计算机组成原理课程，记录笔记，一些素材来源网上。

一、冯·诺依曼计算机的特点

1. 计算机由五大部件组成，分别为存储器、运算器、控制器、输入设备以及输出设备
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可以按地址寻访
3. 指令和数据用二进制表示
4. 指令有操作码和地址码组成
5. 存储程序
6. 以运算器为中心

二、计算机结构

其中，实线为各种控制信号；虚线为反馈；

现代计算机主要由三部分组成：

1. 以运算器ALU和控制器CU组成的CPU
2. 主存（存储器分为主存、辅存）
3. I/O设备

三、计算机的工作步骤

1.上机前的准备

• 建立数学模型
• 确定计算方法
• 编制解题程序
  程序——运算的 全部步骤
  指令——每 一个步骤

编程举例

1.计算  ax^2 + bx + c
取x		至运算器中
乘以x 	在运算器中
乘以a	在运算器中
存ax^2	在存储器中
取b		至运算器中
乘以x 	在运算器中
加ax^2 	在运算器中
加c 	在运算器中

2.计算  (ax + b)x + c
取x		至运算器中
乘以a	在运算器中
加b 	在运算器中
乘以x 	在运算器中
加c 	在运算器中

以上两个例子说明同一个问题，采用不同的计算方法，解析所需的而资源是不一致的。

指令格式举例

程序清单举例

2.计算机的解题过程

存储器的基本组成

存储体——存储单元——存储元件(0/1)

存储单元： 存放一串二进制代码
存储字：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

运算器的基本组成及操作过程

• ALU——Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，运算器中完成算术逻辑运算的逻辑部件
• ACC——Accumulator，累加器，运算器中运算前存放操作数、运算后存放运算结果的寄存器
• MQ——Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器
• X——此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数

控制器的基本组成

• PC——Program Counter，程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址的计数器；+1只代表指向下一条指令
• IR——Instruction Register，
  指令寄存器，存放当前正在执行的指令的寄存器；
• CU——Control Unit，控制单元（部件），控制器中产生微操作命令序列的部件，为控制器的核心部件

主机完成一条指令的过程

• 以取数指令为例
  
• 以存数指令为例
  

ax^2 + bx + c 程序的运行过程

以上是以单条指令为例，若为多条指令，则还要加上一步：PC +1

参考

视频参考