计算机系统基本组成于基本功能

 什么是计算机系统

 计算机系统中的各个抽象层：

• C语言程序设计层
  • 数据的机器级表示，运算
  • 语句和过程调用的机器级表示
• 操作系统、编译和链接
• 指令集体系架构（ISA）和汇编层
  • 指令系统、机器代码，汇编语言
• 微体系结构和硬件层
  • CPU的通用结构
  • 层次结构存储系统

现代计算机的原型——冯诺伊曼结构

其实早在冯诺依曼结构模型之前，有更早的计算机模型——图灵机但不是现代计算机的原型。

冯诺依曼结构最重要的思想是：存储程序（Stored-program）

 任何要计算机完成的工作都要事先被编写成程序，然后将程序和原始数据送入主存并启动执行。一旦程序被启动，计算机应能在不需要操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。

冯诺依曼结构的主要思想

1. 冯诺依曼结构分为5个部分：运算器，控制器、存储器、输入设备和输出设备，并约定用二进制进行存储和运算。
2. 各基本部件的功能是：

•  存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有什么区别都是二进制序列，但计算机应该能区分数据还是指令
•  控制器应能自动取出指令来执行
• 运算器应能进行加/减/乘/除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算
• 操作人员可以通过输入设备，输出设备和主机进行通信

    3. 内部以二进制表示指令和数据，每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。

    4. 采用“存储程序” 工作方式     ​​​​​​​                                                     ​​​​​​​​​​​​​​        

 

 

 计算机执行程序方式：

取指令->指令译码->取操作数->指令执行->回写结果->修改PC的值

最主要的四个步骤是：

 

四个阶段的具体含义：

1. CPU 通过程序计数器读取对应内存地址的指令，这个部分称为 Fetch（取得指令）；
2. CPU 对指令进行解码，这个部分称为 Decode（指令译码）；
3. CPU 执行指令，这个部分称为 Execution（执行指令）；
4. CPU 将计算结果存回寄存器或者将寄存器的值存入内存，这个部分称为 Store（数据回写）；

上面这 4 个阶段，我们称为指令周期（Instrution Cycle），CPU 的工作就是一个周期接着一个周期，周而复始。

事实上，不同的阶段其实是由计算机中的不同组件完成的：

• 取指令的阶段，我们的指令是存放在存储器里的，实际上，通过程序计数器和指令寄存器取出指令的过程，是由控制器操作的；
• 指令的译码过程，也是由控制器进行的；
• 指令执行的过程，无论是进行算术操作、逻辑操作，还是进行数据传输、条件分支操作，都是由算术逻辑单元操作的，也就是由运算器处理的。但是如果是一个简单的无条件地址跳转，则是直接在控制器里面完成的，不需要用到运算器。

指令的类型

指令从功能角度划分，可以分为 5 大类：

• 数据传输类型的指令，比如 store/load 是寄存器与内存间数据传输的指令，mov 是将一个内存地址的数据移动到另一个内存地址的指令；
• 运算类型的指令，比如加减乘除、位运算、比较大小等等，它们最多只能处理两个寄存器中的数据；
• 跳转类型的指令，通过修改程序计数器的值来达到跳转执行指令的过程，比如编程中常见的 if-else、switch-case、函数调用等。
• 信号类型的指令，比如发生中断的指令 trap；
• 闲置类型的指令，比如指令 nop，执行后 CPU 会空转一个周期；

指令中需要给出的信息：

操作性质（操作码）

源操作数1或/和源操作数2（立即数，寄存器编号，存储地址）

目的操作数地址（寄存器编号，存储地址）

存储地址的描述与操作数的数据结构有关！

 个人总结

1、冯诺依曼的结构：运算器+存储器+控制器+I/O设备

2、冯诺依曼结构的最重要的思想就是：采用“存储程序”的思想

3、控制器（控制）：对指令译码生成控制信号

4、计算机实现的所有任务都是通过执行一条一条指令完成的。

5、计算机是采用“存储程序”的工作方式

6、程序是由指令组成（计算机的执行程序就理解成你妈妈做你喜欢吃的菜的过程）