计算机硬件的基本组成

一、冯诺依曼结构

存储程序：
“存储程序”的概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束。

冯诺依曼计算机特点：
1、计算机由5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完成）

二、现代计算机结构

2.1、主存储器

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

MAR(memory address register):位数反应存储单元的个数
MDR(memery data register):位数=存储字长

例如：MAR=4位->共有2⁴个存储单元
MDR=16位->每个存储单元可放16bit 1个字=16bit
字的决定是由计算机硬件决定的

1个字节（byte）=8bit

2.2、运算器的基本组成

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（Accumulator）：累加器，用于存放操作数，或运算结果
MQ（Multiple-Quotient Register）：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

2.3、控制器的基本组成

CU（control unit）：控制单元，分析指令，给出控制信号
IR（instruction register）：指令寄存器，存放当前执行的指令
PC（program counter）：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加1功能

2.4、跑一个code

高级语言：

int a=2,b=3,c=1,y=0;
void main(){y=a*b+c;
}

机器语言：

第一条指令

初：(PC)=0，指向第一条指令的存储地址
#1：(PC)→MAR,导致（MAR)=0
#3：M(MAR)→MDR,导致(MDR)=0000010000000101
#4：（MDR)→IR,导致（IR）=0000010000000101
#5：OP(IR)→CU，指令的操作码送到CU，CU分析后得知，这是“取数”指令
#6：Ad(IR）→MAR,指令的地址码送到MAR,导致（MAR）=5
#8：M(MAR)→MDR,导致（MDR）=0000000000000010=2
#9：(MDR)→ACC,导致（ACC)=0000000000000010=2

取指令（#1~ #4）分析指令（#5）执行取数指令（#6~#9）

第二条指令

上一条指令取指后PC自动+1，（PC)=1；执行后，（ACC)=2
#1:(PC)->MAR，导致(MAR)=1
#3:M(MAR)->MDR，导致(MDR)=000100 0000000110
#4:(MDR)->IR，导致(IR)=000100 0000000110
#5:OP(IR)->CU，指令的操作码送到CU，CU分析后，这是乘法指令
#6:AD(IR)->MAR，导致(MAR)=0000000110=6
#8:M(MAR)->MDR，导致(MDR)=0000000000000011=3
#9:(MDR)->MQ，导致(MQ)=0000000000000011=3
#10:(ACC)->X，导致(X)=2
#11:(MQ)*X->ACC，导致(ACC)=6，由ALU实现乘法运算，如果乘积太大，需要MQ辅助存储

取指令（#1~#4）分析指令（#5）执行乘法指令（#6～#11）

同样的方式分析后面的指令