计算机组成原理——计算机系统概论

计算机系统简介

一、计算机软硬件的概念

1.计算机系统

计算机系统:硬件系统软件系统
硬件系统:硬件系统指的是计算机的实体。例如,主机、外设等等。
软件系统:软件系统由具有各类特殊功能的程序构成。
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软件:系统软件应用软件
系统软件:系统软件用来管理整个计算机系统。例如,语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等。
应用软件:按任务需要编制成的各种程序。
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2.计算机的解题过程

如果将计算机理解成为一个白盒,那么他的输入就是高级语言程序,输出就是结果,计算机就是由翻译运行组成的。
其中翻译就是将高级语言程序转化为计算机能够直接运行的目标语言程序,运行就是运行目标语言程序得到输出结果。
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二、计算机的系统层次结构

  1. 在计算机诞生的初期仅仅存在机器语言,实际上机器语言就是一种二进制语言(01串),因此机器语言使用起来非常的不方便。
  2. 人们为了解决二进制语言的缺点,发明了汇编语言,汇编语言实际上是二进制语言的符号化也就是通过助记符来表示二进制语言对应的01串。例如,使用助记符ADD表示二进制语言当中的表示加法的01串。虽然汇编语言比二进制语言要易于理解和编程,但是汇编语言无法直接被计算机识别处理,因此人们创造了一种虚拟机器(一种翻译程序),由虚拟机器将汇编语言程序转化为机器语言程序,进而能够被计算机识别处理和运行。
  3. 虽然汇编语言相对于机器语言有着明显的提高,但是对于不同的CPU厂商生产的CPU都对应着不同的汇编语言,也就是汇编语言不具有跨平台性,因此人们又在汇编语言的基础上发明了高级语言,同时存在一种虚拟机器,由这个虚拟机器将高级语言程序翻译为汇编语言程序。其中我们将能够把高级语言程序转化为汇编语言程序的系统软件称之为编译程序
  4. 人们还在机器语言的基础上,向下发展了微指令系统,也就是随着技术的发展,人们把一条机器语言分成若干个微指令来运行。
  5. 除此之外,在软件和硬件之间还诞生了操作系统,操作系统也可以看成一种软件和硬件的管理程序。
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计算机的基本组成

一、冯·诺依曼结构的特点

  1. 由五大部分组成。五大部分:输入设备、输出设备、存储器,运算器、控制器。
  2. 程序和数据按照二进制存储在存储器当中,并且按照地址来寻访。
  3. 存储程序(冯·诺依曼结构的核心特点,核心思想),程序和数据预先保存,计算机连续、自动、高速的从存储器当中逐一取出指令并执行。

二、计算机的硬件组成

1.存储器(Memory)

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  • 存储器由存储体MAR(memory address register 地址寄存器)、MDR(memory data register 数据寄存器)三部分组成。
  • 存储体:存储体由大量的存储单元构成,我们将存储单元称之为存储字,存储字就是用来保存二进制数据的。每一个存储字都有一个对应的标记,称之为地址。
  • MAR:当CPU要访问某一个存储字当中的数据的时候,CPU首先要给出这个存储字的地址,CPU将地址传递给MAR来存放地址。
  • MDR:通过地址找到数据之后,会将数据寄存在MDR当中。

2.运算器(arithmetic unit)

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  • 运算器由ALUACCMQX组成,其中X、MQ、ACC都是寄存器。
  • ALU(arithmetic logical unit 算数逻辑单元):能够完成算数运算和逻辑运算。
  • ACC:累加器。
  • X:操作数寄存器。
  • MQ:乘商寄存器。

3.控制器(controller)

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  • 控制器由CU(控制单元)、IR(指令寄存器)、PC(程序计数器)三部分构成。
  • 一条指令的完成分为三个步骤,取指令(PC)、分析指令(IR)、执行指令(CU)。
  • PC:存放当前欲执行指令的地址,具有计数功能(pc+1->pc)。
  • IR:存放当前欲执行的指令。

计算机的主机

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