计算机组成结构

CPU组成

CPU分成两个部分，包括运算器和控制器。
CPU是计算机中核心的一个部分，CPU是中央处理单元的简称，它会控制整个计算机的运行，并且可以执行计算机的最基本的功能，就是运算。

因此，针对其运算和控制功能可以分为两个大部分：运算器和控制器。

运算器

• ① 算数逻辑单元ALU：数据的算术运算和逻辑运算
• ② 累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用来暂存数据
• ③ 数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂存指令或数据
• ④ 状态条件寄存器PSW：也叫条件状态字，里面的每个比特位由特殊的含义，用来存状态标志与控制标志（争议：也有将其归为控制器的）

例如：2+3+5
计算机的算术运算和逻辑运算由算数逻辑单元ALU去执行，由于是多个运算符，不可能一次执行完，因此先算2+3=5，这个时候需要累加寄存器AC来暂时存储当前的结果3，然后再去执行下一个运算，5+5=10，得出的最终结果可能需要和内存进行交互，往内存进行读写的时候，需要做数据缓存，这种写内存时暂存的部分叫做数据缓冲寄存器DR

状态条件寄存器PSW，比如数学的进位、借位就需要一个状态去判断，状态就会存在这里，如5+5=10需要进位

控制器

主要是为了处理计算机当中指令执行的控制过程，针对指令而言，在计算机中的存储依然是01这种二进制的方式进行存储的，这种方式存下来之后，我们需要读取相应的数据内容，相应的指令内容，了解到这条指令是干什么的，然后再去执行。
这个过程当中，首先需要找到这条指令，在查找指令的过程中，是通过指令的地址进行查找

• ① 程序计数器PC：存储下一条要执行指令的地址，在查找指令的过程中，是通过指令的地址进行查找。（✨考试出现较多）
• ② 指令寄存器IR：存储及将执行的指令，指令是以01这种二进制的方式进行存储，它不存储指令地址
• ③ 指令译码器ID：对指令中的操作码字段进行解释分析
• ④ 时序部件：提供时序控制信号

例如：计算机执行程序时，在一个指令周期的过程中，为了能够从内存中读取操作码，首先需要将程序计数器PC的内容送到地址总线上。

存储指令地址的是程序计数器PC，针对PC而言，常见的是PC<==PC+1，也就是顺序执行，将下一条顺序指令的地址放在PC中，在程序的开始位置会把起始位置放在PC当中。
加载之后，我们读取到这条指令，读了之后，会把这条指令放到指令寄存器IR，读到了内容，那么下一条指令就是让PC往下移动，读取下一条指令的地址放在PC中。
IR存储的是即将执行的指令，这个指令实质是01二进制，计算机要想识别，需要指令译码器ID进行翻译，对指令中的操作码字段进行解释分析，最终再去指挥计算机的软、硬件跑起来

除此之外，还有时序部件用来提供时序控制信号

我们在写代码、写程序的时候，程序员是可以对寄存器做一些操作修改的，通过汇编指令可以直接操作一些寄存器。

冯·诺依曼结构与哈佛结构

常见的计算机都是冯·诺依曼结构，而哈佛结构是一种特殊的结构，主要用于嵌入式的DSP。二者的区别主要在于指令和数据是一起存储(冯·诺依曼结构)还是分开存储(哈佛结构)。

冯·诺依曼结构

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构

特点：

1. 一般用于PC处理器，如i5，i7，i9处理器
2. 指令与数据存储器合并在一起
3. 指令与数据都通过相同的数据总线传输，传输数据的总线叫做数据总线，简称DB，传输地址的总线叫做地址总线，简称AB

指令或者数据其实在实质上来看，计算机当中都是通过01二进制的方式来进行存储，放在存储器的某一个位置，再分析指令具体的执行过程当中，需要先读取一条指令，并且指令读取的过程是通过地址来进行读取的，所以我们需要有地址总线来传地址，而地址找到之后，这个地址的具体内容我们都把它称作数据，所以它们在传输具体内容的过程当中，都会通过地址总线DB来进行传输，无论是具体的指令内容，还是操作的数据，我们都会用到DB和AB两条总线

哈佛结构

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据 存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。
由于指令与数据分开存储，可以并行读取，因此有较高数据的吞吐率，这也是它的优势所在，因此相比冯·诺依曼结构，硬件结构也会多一些

特点：

1. 一般用于嵌入式系统处理器（DSP）数字信号处理（DSP，Digital signal processing）
2. 指令与数据分开存储，可以并行读取，有较高数据的吞吐率
3. 有4条总线：指令和数据的数据总线与地址总线。

嵌入式——芯片术语

	定义	简称	特点	类比
DSP	DSP芯片，也称数字信号处理器(Digital signal processor，DSP)，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。 其主要应用是实时快速的实现各种数字信号处理算法	数字信号处理器	适合数字信号处理运算，实时快速的实现各种数字信号处理算法	做数学运算的“大脑”，适合数字信号处理
SoC	System on chip，简称Soc，直译为系统在芯片上，也称片上系统。 从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上； 从广义角度上讲，Soc是一个微小型系统，如果说中央处理器(CPU)是大脑，那么Soc就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统	片上系统	信息系统核心的芯片集成 微小型系统	包括大脑、心脏、眼睛和手等、完成某个功能的系统，Soc是一个有专用目标的集成电路，其中包括完整系统并嵌有嵌入式软件的全部内容
MPU	微机中的中央处理器(CPU)称为微处理器(MPU)，是构成微机的核心部件，也可以说是微机的心脏。 它起到控制整个微型计算机工作的作用，产生控制信号对相应的部件进行控制，并执行相应的操作	微处理器	微型机的核心部件，起到控制作用	缩小版“大脑”，不适用于运算量较大的智能系统，大数据的要用CPU
MCU	微控制单元(Microcontrol unit，MCU)，又称单片微型计算机(single chip Microcomputer)或者单片机 是把中央处理器(Central processing unit，CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，新城芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制	单片微型计算机或单片机	芯片级计算机。对处理器做适当缩减，并将内存、计数器等周边接口整合在单一芯片上，可以为不同的应用场合做不同控制组合	缩小版“人”，体积小从而使功耗和成本下降