微型计算机已经遍布我们生活的每一个交流，正如我们现在离不开的手机、笔记本电脑和台式计算机，都叫做微机。因此这门课和我们的生活息息相关。这篇 $Blog$ 是第一次笔记，主要记录微机的结构，为以后的学习打好基础！

文章目录

一、微型计算机相关术语以及数据信息的表示
二、微机的工作原理分析
三、微机的基本结构分析

2.1 CPU
2.2 存储器
2.4 输入输出设备与 I/O接口

一、微型计算机相关术语以及数据信息的表示

【1】“位”：bit，我们用一个位来表示一个二进制数字0或者是1
【2】“字节” byte，一个字节由8位二进制数构成。字节是微型计算机存储容量的单位，用 $B$ 表示
存储容量的其他相关单位：
$1K = 2^{10}B\\ 1M = 2^{10}K = 2^{20}B\\ 1G = 2^{10}M = 2^{30}B\\ 1T = 2^{10}G = 2^{40}B$

【3】字长，这个表示的是计算机一次可以直接处理的二进制数的位数。像电脑有分 8位、16位、32位、64位。我们现在的电脑都是64位，也就是说，这种电脑一次可以直接处理的二进制数的位数是64位。

【4】ASCII 码

二、微机的工作原理分析

说白了，微机的工作就是按照一定的顺序一条一条地执行指令。（注意一下：这里的“指令” 和我们平时的高级程序语言有所不同，这里的指令是机器语言）

下图所示为CPU从内存中读取一条指令的过程图：

我们用文字描述一下：

首先，我们的程序计数器PC有了一个指令的地址1000FH
现在PC要把这个地址存进地址寄存器中
在腾出来PC自己的空间之后，PC要+1以便于下一次取指令（这里的+1不一定是数字的+1，可能会根据下一条指令的地址变化）
地址寄存器的地址就会在地址总线上走啊走，要找到 “内存” 公寓里面门牌号为 1000FH 的人家借东西。
终于找到了门牌号为1000FH的人家，但是借东西之前我们得先敲门，因此 CPU 就会发送一个 “读存储器” 的命令（相当于敲敲门）
1000FH家的 B1H 被我们借到了，后续就会进行指令译码、、

那么，这里只是介绍了怎么样获取一条指令，我们刚刚说，微机的工作本质上是按照一定的顺序一条一条的执行指令，对吧，因此，获取指令只是一小步。我们看看执行指令的整个过程：

获取指令（就是我们刚刚图示的部分）
分析指令（也就是说我们看看这条指令让CPU干嘛，比如加减乘除之类的、、）
【这一步不是必须的】如果分析到这条指令是让CPU做加法，那么很定的有加数啊，所有我们就还得去内存中根据地址把需要的加数给取过来CPU里面。当然，如果指令不需要操作数，也就是CPU内部自己执行一些东西，那就不用这一步
分析完指令，（取完操作数）了，下面就是CPU执行指令
【这一步也不是必须的】在CPU执行完指令之后，如果CPU之前在内存中取了操作数，那么操作完得到的结果就要被返送会内存中。

但是最最主要的三个模块就是：取指令、分析指令和执行。则三个部分可以是由三个不同的机器执行，也可以每一个模块都由几个机器执行。

我们看刚刚这个工作流程，我们也能够猜到，微机工作的顺序可以分为：顺序执行和并行执行。

顺序执行的话很简单，就是一个模块一个模块分别执行，假设每一个模块处理时间是 $t$ ，那么顺序执行一条指令需要的时间就是 $3t$ ，执行 $n$ 条指令的时间就是 $3nt$ ，当 $n$ 是百万级时这个时间就非常长了！

下面看看并行执行（也就是著名的流水线结构）下面考虑一个理想情况：

我们第一个取指令模块取完指令把它送入分析指令模块之后，按理讲他应该就空闲了下来，但是流水线模式的他很勤奋，在把第一次取的指令送入分析指令模块后，他就继续开始取指令（同时分析指令模块接着分析）；假如当取指令模块刚好取完了第二条指令时，分析模块也刚好分析完第一条指令，那么分析模块也没得闲，立刻收到了取指令模块给它的第二条指令（同时执行指令模块继续他第一条指令的执行），这样下去，指令就会源源不断地被执行。

这样的流水线形式，只有第一条指令耗时 $3t$ ，其他指令都是耗时 $t$ ，那么 $n$ 条指令需要的时间就是： $3t + (n-1)t$