计算机组成原理【1】初识硬件

news2024/12/27 20:11:47

考点1：硬件发展————————————————————————————

一.计算机硬件的基本组成

1.早期冯诺依曼机

（1）冯.诺依曼计算机的特点:

2.现代计算机的结构

3.总结图

二.各个硬件的工作原理

1.寄存器MAR,MDR

2.主存储器（内存）

考点2：以下定义————————————————————————————

3.运算器

4.控制器

5.运行实例

题目：解析这段C语言的CPU运行

（0）PC指向0地址处的取数操作：取地址5中的a放入ACC中。

（1）执行 a*b

（2）执行 ab+c

（3）将 ab+c 执行完的结果存入地址8处

（4）执行内存4中的停机指令

（5）总结

三.计算机系统的层次结构

1.五层结构

2.编译型语言，解释型语言

3.总结

4.计算机体系结构vs计算机组成原理

四.计算机性能指标

1.CPU性能指标

（1）CPU主频，CPI

（2） IPS，FLOPS

2.系统整体的性能指标

（1）静态指标

摩尔定律：揭示了信息技术进步的速度
集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，整体性能也将提升一倍

考点1：硬件发展————————————————————————————

第一代：电子管时代
第二代：晶体管时代
第三代：中小规模集成电路时代
第四代：大规模、超大规模集成电路时代

一.计算机硬件的基本组成

早期冯诺依曼机的结构：
（1）计算机硬件的基本组成
（2）现代计算机的结构

1.早期冯诺依曼机

（1）冯.诺依曼计算机的特点:

1.计算机由五大部件组成
2.指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
3.指令和数据用二进制表示
4.指令由操作码和地址码组成
5.存储程序
6.以运算器为中心（输入/输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器作为中转完成）

2.现代计算机的结构

冯诺依曼需要以运算器作为中转完成效率低，现代计算机的结构就直接把书数据放入存储器了

CPU=运算器+控制器

因为CPU=运算器+控制器，所以上图可简化为下图：

主存是主存储器（内存），辅存（硬盘）

3.总结图

二.各个硬件的工作原理

1.寄存器MAR,MDR

数据就是计算机想要的货物，CPU不同于菜鸟驿站的地方：CPU不仅可以取数据也可以写数据

MAR：地址寄存器，用于指明要读/写哪个存储单元。其位数反映存储单元数量
MDR：数据寄存器，用于暂存要读/写的数据。其位数=存储字长

注意：MAR、MDR逻辑属于主存，但是现在的计算机通常把MAR、MDR也集成在CPU内。

2.主存储器（内存）

MAR ：指明存储单元的地址。

考点2：以下定义————————————————————————————

存储单元:每个存储单元存放一串二进制代码
存储字(word):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
存储元:即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit

例:
MAR=4位——>总共有2^4个存储单元
MDR=16位——>每个存储单元可存放16bit,
1个字(word) = 16bit
易混淆: 1个字节(Byte) = 8bit
1B=1个字节，1b=1个bit

举例：下载速度100Mbps(100Mb percent second 每秒100兆比特)，1Byte= 8bit，100Mbps/8=12MB/s

3.运算器

运算器:用于实现算术运算(如: 加减乘除)、逻辑运算(如: 与或非)

ACC：累加器，用于存放操作数或运算结果
MQ：乘商寄存器，在乘、除运算时，用于存放操作数或运算结果。
X：通用的操作数寄存器，用于存放操作数（可以有多个，但是理论上一个就够用）
ALU：算法逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算