計算機組成原理1

計算機專業課程體系根據這張圖設置的，中間藍色的是指令集體系結構，也就是計算機軟硬件系統的交界面，這部份內容是計算機體系結構課程要學的。它的下一層就是計算機組成原理要學的內容，好比處理器、存儲器、I/O，總線控制。

課程採用自頂向下方式層層細化，第一篇概論講計算機硬件系統的概貌，以及程序在計算機系統當中是如何執行的。在此基礎上給出計算機系統的硬件結構。CPU是計算機核心，是計算機系統中很是重要的部件，CPU專門用一篇。CU是整個計算機的控制核心，是計算機系統當中最重要的部分，單獨拿出來一篇。

 

 

 

從物理結構角度來看，計算機系統能夠分紅9層，依據是每一層典型的構建模塊。

• 最底層是物理層，電子設備依靠電子的移動來工做，能夠用量子機制和麥克斯韋方程描述量子的移動。
• 在電子元件層，利用電子在不一樣物質中的移動特徵來構建電子元件，這些電子元件體現出來的特徵能夠用鏈接點或者是管腳它的電流和電壓進行描述。
• 模擬電路層，利用下層的接口進一步的構建放大器、濾波器等模擬電路部件，這些部件工做在連續的電壓下。
• 數字電路層，利用模擬電路元件構建與門、或門、非門。

計算機組成原理主要研究邏輯層和微體系結構層，計算機主要部件的邏輯實現和主要部件之間的鏈接，來實現datapath和控制

 

 

從程序員的角度來看。

• 機器語言向上發展到高級語言程序員眼中彷佛就能夠直接運行語言了，實際上實際機器還要向下發展，一條機器語言指令執行過程也很複雜，好比執行一條機器語言指令：要把這條指令的地址傳送給存儲器，要告訴存儲器進行讀，取出來以後要送給控制器進行譯碼，譯碼的結果再控制操做器完成相應的操做。並且這些操做是有順序的，把機器語言指令按在執行操做期間的順序，放到不一樣的微指令當中。
• 對經過編寫微指令來編寫微程序來實現機器語言的程序員來講，他所面對的指令就是一個微程序的機器，這個機器可以執行微指令、微程序進而實現對機器語言指令或程序的操做運行。
• 彙編的操做系統也是一層機器，彙編程序員能夠利用操做系統提供的功能進行編程，操做系統能夠管理軟硬件的資源，好比彙編語言程序最後都有MOV AH4CH,@21H 這兩條指令完成了彙編語言應用程序的退出，返回了DOS系統。其實是彙編語言程序調用了DOS系統當中提供的中斷功能實現了程序的退出。

                                              

 

這些層次分別由硬件、軟件層次實現的，由虛線劃分。虛線這一部分對應的是計算機系統的軟硬件接口，這個接口也實現了計算機系統的功能分配，功能由軟硬件實如今邏輯上是等價的，只是各有侷限特色。

 

 

計算機組成與計算機體系結構區別？
研究內容上，計算機系統結構定義了計算機系統的軟硬件的交界面，對功能由軟件仍是硬件實現進行了分配，提供了上層軟件編寫時和硬件交互的接口
定義上，計算機系統結構是，程序員（按層次分爲不少種）所見到的計算機系統的屬性（例如機器語言程序員編寫一個可以在計算機硬件系統上正確執行的程序他所必須瞭解的計算機系統的屬性，好比說指令集、寄存器的文件組織、內存器的編址單位、以及指令集能對哪些類型的數據操做）概念性的結構和功能特色。計算機組成是，實現計算機體系結構所體現的屬性（好比具體指令的實現，例如在這個指令集當中有無乘法指令，可以乘法操做的數據類型，數據的長度，這些都是在體系結構中作的規定，計算機組成利用這些規定對乘法邏輯實現）。

 

 存儲器的構成

   存儲體—存儲單元—存儲元件（0/1）
    大樓  —  房間    —   牀位（有人/沒人）

  

   每一個存儲單元賦予一個地址號

  

   MAR存儲器地址寄存器，反應存儲單元的個數。

   MDR存儲器數據寄存器，反應存儲字長

 

 

運算器的構成

 ALU算邏算術單元爲核心

 ACC和X兩個寄存器做爲輸入，同時ACC也保存運算的結果

 乘法結果長度加倍，爲了完整保存結果，還須要一個寄存器MQ

 除法的結果也須要兩個寄存器ACC和MQ同時保存商和餘數

 

 

 

 

 

 

 控制器的構成

 

 

 主機結構

                                結構層次化1                                                                               結構層次化2

 

 

 

 每一條特色均可以改變，

 但每一條都有這樣設置的依據

 

 

 

 

 

 

 

 

主機完成存、取指令過程

 

 

在此基礎上明白ax²⁺bx+c程序執行過程

提示：每條指令分爲取指令、分析指令、執行指令三個步驟，循環直到最後一條指令