计算机的基本组成

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；

2. 硬件框图

1. 存储器： 主存 和 辅存
2. 运算器 ALU
3. 控制器； CU；
4. 输入设备； I/O 设备；
5. 输出设备；

2.1 以存储器为中心

2.2 现代计算机硬件框图

现代计算机中， 将运算器和 控制器 合称为 CPU，

2.3 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： 有明确的定义的功能和接口。

• 规则性： 模块更容易被重用；

2.4 指令格式举例

取数指令：
将内存单元中的数据， 放入到寄存器ACC 中去，

假设 指令 共有 16 位， 其中前6 位 代表操作码部分， 代表了对应的操作； 后10位 代表了内存单元的地址；

存数指令：
将ACC 中的数据保存到内存单元中；

加法指令：
假设另外一个操作数，默认保存在ACC中， 加法的结果也是保存在ACC中，

乘法指令：
被乘数 默认保存在ACC 中， 注意， 其中寄存器的位数和内存单元中的位数需要对应起来

打印操作：
将内存单元中的数据 输出到打印机中；

停机；

指令和数据都是保存在存储器中的；

程序清单：

3 存储器的基本组成：

存储单元： 存放一串二进制代码， 存放一个存储字的所有存储元集合。
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值；每个存储单元 赋予一个地址；

按地址寻访:

MAR: 存储器地址寄存器， 反应存储单元的个数；
MDR： 存储器数据寄存器， 反应存储字长；

存储体： 存放 0 - 1 代码，

4 运算器的基本组成

运算器的核心是 算术逻辑运算单元， ALU；
而ALU 通常是一个组合电路，
组合电路： 输入消失， 输出同样消失；

为了使得ALU 能够完成，算术逻辑运算功能；
能够对结果进行保存；

必须在ALU 的输入端加上寄存器，
寄存器保存参与运算的数据， 一个寄存器为ACC， 另一个寄存器为X，数据寄存器；

ACC 和 X 寄存器用于 ALU 的输入， 同时ACC 也作为运算结果的输出，

MQ 乘商寄存器

4.1 乘法运算

乘法指令： 操作码（代表乘法运算） + M（地址码， 指出了乘数所在的内存单元的地址）

取数指令： 将被乘数 送入到ACC 中；
将内存单元M 的内容取出来，作为乘数；
将乘数放在MQ 的寄存器中，
将ACC 中内容输入到X 中，

指令之间的先后顺序， 由控制器来控制

乘法运算使用: 加法和移位的方式， 进行运算；

ACC 作为累加寄存器， 初始输入为0；

乘法结果保存在两个寄存器中，
高位在ACC， 低位在MQ 中；

累加器使用：ACC
被乘数： 放入X 寄存器中，

由于被乘数 和 乘数都是 使用二进制表示，故而乘数的每一位 要么是0， 要么是1；

4.2 除法运算

除法通过减法和移位的方式实现的，
二进制的除法， 商的值非0 即1， 组成的串；

将被除数和除数做差运算，如果够减， 对应位记作1；

除法指令：

操作码（代表除法） + 除数保存在内存单元地址为M的单元中；

被除数保存在ACC 中；

商 保存在MQ寄存器中；

4.3 加法运算

ACC， X 寄存器；
初始态： ACC 中保存了 被加数；
指令中M 给出的是加数 在内存单元中地址；

将内存单元M 中的数据送到X 寄存器中；

4.4 减法操作

减法指令： 操作码（该操作码代表了减法运算） +
M（给出了减数在内存单元中的地址）

1. 被减数放在ACC 中，
2. 减数放在X 中，
3. ALU 完成运算；
4. 结果放入ACC 中。
   

5. 控制器的基本组成