组成原理（一）：入门

目录

• 学习重点
• 1.课程大纲
• 2.计算机系统层次
• 3.冯诺依曼结构计算机
• 4.计算机解题过程
  • 4.1 存储器基本组成
  • 4.2 运算器基本组成
  • 4.3 控制器功能
  • 4.4 指令执行周期
• 5.计算机硬件主要技术指标
• 6.硬件技术的发展
• 7.摩尔定律

学习重点

• 计算机系统层次
  • 软硬件层面
  • 语言层面
• 冯诺依曼结构计算机
  • 特点
  • 存储器为中心示意图
• 计算机解题过程
  • 存储器基本组成
  • 运算器基本组成
  • 控制器功能
  • 指令执行过程
• 计算机硬件技术指标
• 摩尔定律

1.课程大纲

哈工大 《计算机组成原理》

2.计算机系统层次

1. 软硬件层面：
   • 应用软件
   • 系统软件
   • 硬件
2. 语言层面：
   • 高级语言
   • 汇编语言
   • 操作系统DOS
   • 机器语言
   • 微指令

3.冯诺依曼结构计算机

1. 特点：

   • 五大部件：输入设备，输出设备，存储器，控制器，运算器
   • 指令和数据以同等地位存于存储器，按地址访问
   • 指令包含操作码和地址码
   • 将程序存储在内存中
   • 早期以运算器为中心，后期以存储器为中心

2. 示意图：

   • 以存储器为中心
     

3. 简单理解图：
   

4.计算机解题过程

4.1 存储器基本组成

1. 存储体：
   存储体—(多个)—存储单元—(多个)—存储元件
   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组合（1字=n字节）
   存储字长： 存储单元中二进制代码位数 (位，1字节=8位)
2. MAR：
   存储器地址寄存器，存储单元个数，现多放在CPU内
3. MDR：
   存储器数据寄存器，存储字长，现多放在CPU内

4.2 运算器基本组成

1. ACC：累加寄存器
   ALU：算术逻辑运算单元（算逻运算单元）
   X：操作数寄存器
   MQ：乘商寄存器
2. 各组件作用：

操作	ACC	MQ	X
加	被加数，和	——	加数
减	被减数，差	——	减数
乘	乘积高位	乘数，乘积低位	被乘数
除	被除数，余数	商	除数

4.3 控制器功能

执行指令
保证指令按序执行

4.4 指令执行周期

1. 取指令（PC）——>分析指令（IR）——>执行指令（CU）
2. PC：存放当前指令地址
   IR：存放当前欲执行的命令
   CU：控制单元，核心
3. 指令执行过程
   • 取指：PC——>MAR——>存储体——>MDR——>IR
   • 分析指令：IR—(操作码)—>CU
   • 执行(输出)：IR—(地址码)—>MAR——>存储体——>MDR——>ACC
   • 执行(输入)：IR—(地址码)—>MAR——>存储体
     ACC——>MDR——>存储体

5.计算机硬件主要技术指标

1. 机器字长：cpu一次（一个时钟周期）处理数据的位数

2. 运算速度：

   • 主频核数：每个核支持的线程数
   • CPI：执行一条指令所需的时钟周期
   • IPC：一个时钟周期执行多少指令
   • MIPS： 每秒执行几百万条指令
   • FLOPS：每秒浮点运算次数

3. 存储容量：
   存放的总二进制位数

6.硬件技术的发展

• 电子管
• 晶体管
• 中小规模集成电路
• 大规模集成电路
• 超大规模集成电路（目前）

7.摩尔定律

微机芯片上的晶体管数量每两到三年翻两倍（已失效）