计算机框架

冯·诺伊曼计算机的特点：

1.计算机由五部分组成：运算器，控制器，存储器，输出设备，输入设备

2.指令和数据以同等的地位存于存储器

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

冯·诺伊曼计算机硬件框图：

黑线表示数据通路，蓝线表示控制和状态反馈

冯·诺伊曼的计算机硬件框图以运算器为中心，程序的运行快慢就很依赖于运算器的效率，这是该框架的大弱点，解决该问题后来又提出了以存储器为中心的理念。

以存储器为中心的计算机硬件框图：

存储器为中心的设计模式很大地避开了以运算器为中心的缺点，但总体是系统层次比较混乱。

现代计算机硬件框图：

现代计算机层次图：

系统复杂性管理的方法：

---层次化(Hierachy):将被设计的系统划分为多个模块或子模块

---模块化(Moduarity):有明确定义的功能和接口

---规则化(regularity):模块更容易被重用

计算机的工作步骤

1.上机前的准备：

建立数学模型
确定计算方法
编写解题程序

2.计算机的解题过程

(1)存储器的基本组成：

存储体用来存放数据和指令，存储体不光存储数据和指令，还用来读取数据和指令给CPU，存储体由若干个存储单元组成，存储单元又由若干个存储元件组成。如果存储体是一栋大楼，那存储单元就是一个个房间，而存储元件就是门牌号。

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。

MAR：存储器地址寄存器，存放了存储单元的地址和编号，反映了存储单元的个数。

MDR：存储器数据寄存器，存放要存入存储体或从存储体读取的数据，反映了存储字长。

(2)运算器的基本组成及操作过程：

运算器逻辑图：

运算方法的实现：

	ACC	MQ	x
加法	被加数，和		加数
减法	被减数，差		减数
乘法	乘积高位	乘数，乘积低位	被乘数
除法	被除数，余数	商	除数

加法操作过程：M中存放加数，ACC中存放被加数，将M中的加数读到X寄存器，然后和ACC相加得到的和保存在ACC中。

减法操作过程：和加法操作相同，M存放减数，ACC存放被减数，将M中的减数读到X，然后相减的差保存在ACC中。

乘法操作过程：M存放乘数，ACC中存放被乘数，将M中的乘数读到X，再将ACC中内容归0，用来存放乘积的高位，MQ存放乘积的低位。

除法操作过程：M存放除数，ACC存放被除数，将除数读到X,相除得到的商存放在MQ中，余数存放在ACC中。

（3）控制器的基本组成：

(4)主机完成一条指令的过程：

存数指令：把ACC存放的值放到存储体中指定的单元中

1. 从PC中将指令的地址传到MAR

2.MAR传到存储体

3.在控制器的作用下，从存储体指定的存储单元中将指令取出传到MDR中

4.再由控制器控制将指令从MDR传到IR中，取指令结束

5.将IR中的操作码部分传到CU，让CU进行指令的分析，然后CU发出相应的控制指令完成操作

6.由CU控制将IR中的地址码传入MAR

7.由MAR告诉存储体要存入数字的地址

8.将ACC中的内容传输到MDR中

9.最后由控制器将MDR中要保存的内容传输到存储体中

取数指令：将保存在存储单元的内容传到ACC中，要执行的指令地址保存在PC中，指令在存储体中

1. 从PC中将指令的地址传到MAR

2.MAR传到存储体

3.在控制器的作用下，从存储体指定的存储单元中将指令取出传到MDR中

4.再由控制器控制将指令从MDR传到IR中，取指令结束

5.将IR中的操作码部分传到CU，让CU进行指令的分析，然后CU发出相应的控制指令完成操作

6.由CU对指令的分析将IR中的地址码传到MAR中

7.地址码从MAR传到存储体

8.在控制器的控制下将存储体中要保存的数传到MDR中

9.最后将数从MDR传输给ACC

计算机硬件的主要技术指标：

1.机器子长：CPU一次能处理数据的位数与CPU中寄存器位数有关

2运算速度：(1)主频

(2)核数，每个核支持的线程总数

(3)吉普森法：

(4)CPI:执行一条指令所需要的时钟周期数

(5)MIPS:每秒可以执行多少百万条指令

(6)FLOPS：每秒浮点数运算次数

3.存储容量：

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