计算机组成原理学习笔记

计算机系统层次结构

计算机系统是由硬件系统和软件系统组合而成的。
其中硬件系统是由运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备五大部件组成。

这个计算机系统是冯诺依曼式计算机系统，他是以运算器为中心的，这种结构对于输入的数据都需要先用运算器进行运算过后才会存储进存储器，用数据还需要运算器数据从存储器中取出来，效率较低。

这个计算机系统就是现代计算机系统，以存储为中心，不需要经过运算器进行运算，直接由存储器直接读写，提高了效率。

这个图是现代计算机系统的简化版，其中主存就是内存辅存就是外存。

主存储器的构成

存储体是真正存储数据的地方，数据在存储体中存储时都有一个存储位置，这个位置都有一个地址，就是存储地址。
当CPU需要读数据时会给主存储器这个数据的地址，这个地址会放在MAR这个寄存器当中，然后存储体根据MAR中的地址取数据放在MDR中，然后CPU就可以通过数据线路从MDR中取走这些数据
CPU进行写数据时跟读数据类似，CPU把要写的数据放在MDR中，把写入数据的地址传给MAR，最后把要执行写数据这个指令传给主存储器，然后主存储器通过这些指令进行写数据操作。

数据存储在存储体的存储单元中，然后给每个存储单元分配对应的存储地址。
存储单元：存储的是一串二进制代码，数据以0101形式存储在存储单元中
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（也就是0和1的总数）
存储元：存储二进制的电子元件，每个存储元可以存1bit。
MAR的位数可以反映出存储单元的个数，因为MAR是地址寄存器，存储的是存储单元的地址，因为地址是从0开始的整数，MAR是以二进制形式存储的地址，所以MAR的位数可以反应存储单元的个数（例如MAR=4位，那么总共最多有2的四次方个存储单元）
MDR的位数就等于存储字长，因为MDR存储的是数据，数据是由二进制形式存储的，所以MDR的位数等于存储单元存放数据的最大位数，而存储字长就是存储单元中的二进制代码位数。
PS：字的意思是存储字长，字节是Byte，比特位是bit，B是字节,b是比特位，不要搞混了。

运算器的基本组成

ALU是运算器的核心部件，X可能在运算器中有多个

控制器的基本组成

控制器可以控制其他的部件，而CU是控制器的核心部件，负责控制控制器的其他部件。
计算器完成一条指令首先是从PC中取出指令，然后指令会放在IR中然后CU进行分析指令然后会控制其他部件一起执行指令。（指令由操作码和地址码组成）

计算机的组成过程

CPU区分指令和数据的依据：根据指令周期的不同阶段进行区分，分析指令前是取指令，分析指令后是取数据