【计算机组成原理笔记】计算机的基本组成

计算机的基本组成

冯·诺伊曼计算机的特点

1. 五大部件组成
   1. 运算器
   2. 存储器
   3. 控制器
   4. 输入设备
   5. 输出设备
2. 指令和地址以同等地位存于存储器，按址寻访
3. 指令和数据用二进制表示
4. 指令由操作码（指出做什么操作）和地址码组成
5. 存储程序，指令在存储器内按序存放
6. 以运算器为中心

硬件框图

以运算器为核心的计算机

以上是以运算器为核心的计算机硬件框图

• 运算器完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器中
• 存储器存放数据和程序
• 控制器控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果
• 输入设备将人类熟悉的信息转为机器识别的信息
• 输出设备将机器的运算结果转换为人类熟悉的形式

现代计算机

• 主机
  • CPU
    • 运算器（ALU，算术逻辑单元）¹
    • 控制器（CU）²
  • 存储器
    • 主存³
    • 辅存（外存）
• I/O设备（外部设备）
  • 输入设备
  • 输出设备

系统复杂性管理的方法

• 层次化
  将被设计的系统划分为多个模块或子模块
• 模块化
  有明确定义的功能和接口
• 规则化
  模块更容易被重（chong）用

计算机的工作步骤

用计算机解决一个实例问题包含两大步骤：

• 准备工作
  • 建立数学模型
  • 确定计算方法
  • 编制解题程序：程序（全步骤）+指令（每个步骤）
• 上机运行

存储器

存储器的基本组成：

• 存储体（大楼）->存储单元（房间，一串2进制，存储字）->存储元件（床位，一位2进制）
• MAR
  存储器地址寄存器，存放存储单元的地址，位数对应存储单元个数（如MAR为10位，则有2^10=1024个单元，记作1K）
• MDR
  存储器数据寄存器，存放从某存储单元取出或者准备存入的代码，位数等于存储子长

运算器

运算器至少包括3个寄存器（累加器+乘商寄存器+操作数寄存器）和1个算术逻辑单元

寄存器	加法	减法	乘法	除法
ACC	被加数及和	被减数及差	乘积高位	被除数及余数
MQ			乘数及乘积低位	商
X	加数	减数	被乘数	除数

控制器

控制器是中枢，指挥各部件协调工作：

1. 取指，命令存储器读出一条指令
2. 分析，指出该指令对应的操作，按寻址特征指明操作数的地址
3. 执行，根据操作数地址和指令的操作码完成操作

控制器的基本组成：

• 程序计数器（PC）
  存放欲执行指令的地址，与MAR有一条直接通路，可以自动加1形成下一条指令地址
• 指令寄存器（IR）
  存放当前指令，来自于MDR
  • IR将操作码送至CU去分析指令，记作OP(IR)->CU
  • IR将地址码送至MAR，记作Ad(IR)->MAR
• 控制单元（CU）
  CU分析当前指令所需的操作，并发出各种位微操作命令，控制所有被控对象

I/0

脚注

---

1. Arithmetic Logic Unit，简称逻辑部件，用来完成算术逻辑运算 ↩︎

2. Control Unit，解释存储器中的指令，并发出操作命令来执行指令 ↩︎

3. 存放程序和数据，可以直接与CPU交换信息 ↩︎