计算机硬件的基本组成

冯诺依曼计算机的特点

 

冯诺依曼首次提出“存储程序”概念

• 计算机由五大部件组成：I/O设备（输入输出），存储器（存放数据和程序），运算器（算术运算、逻辑运算），控制器（指挥程序运行）
• 指令和数据以同等的地位存于存储器中，可按照地址寻访
• 指令和数据用二进制表示：采用二进制的好处是可以很方便的用电信号来表示0和1     
• 指令由操作码和地址码组成
• 以运算器为中心：I/O设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

现代计算机

现代计算机以存储器为中心

CPU=运算器+控制器   

主存：主存储器（内存）

辅存：硬盘

                                                                                                                                                                                                                                              

 

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计算机硬件的工作原理

主存储器的基本组成

存储体

 

由多个存储单元组成，用来存放数据

• 存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码
• 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位数
• 存储元：即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit
• 地址：每个地址对应一个存储单元

MAR存储地址寄存器

MAR位数反映存储单元的个数

MDR存储数据寄存器

MDR位数=存储字长

CPU想读取存储器里的内容

将地址交给MAR，MAR在存储体中找到对应的数据，交给MDR，然后CPU从MDR读取数据即可

运算器的基本组成

 

用来实现算术运算和逻辑运算

• 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
• ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算

控制器的基本组成

 

• CU：控制单元，分析指令，给出控制信号
• R：指令寄存器，存放当前执行的指令
• PC：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加1功能

完成一条指令需要

• 取指令-PC：根据指令地址取指令
• 分析指令-IR：取出的指令放在IR中
• 执行指令-CU：执行IR中的指令

实例：计算机的工作过程

第一步：取值运算a

 

 第二步：乘法运算a*b

 第三步：加法a*b+c