计算机组成原理【1】
文章目录
- 一 计算机的发展
- 1.1 思维导图
- 1.2 计算机系统的组成
- 1.3 硬件的发展
- 1.4 摩尔定律
- 1.5 计算机的“两极化”发展趋势
- 二 计算机的硬件组成
- 2.1 思维导图
- 2.2 早期冯诺依曼机的结构
- 2.3 冯诺依曼计算机的特点
- 2.4 现代计算机的结构
- 三 主要硬件的工作原理
- 3.1 思维导图
- 3.2 主存储器的基本组成
- 3.3 存储器的基本组成
- 3.4 控制器的基本组成
- 3.5 计算机的工作过程
一 计算机的发展
1.1 思维导图
1.2 计算机系统的组成
- 计算机系统=硬件+软件
- 硬件：计算机的实体，如主机、外部设备、硬盘
- 软件：由具体各类特殊功能的程序组成
- 计算机性能的好坏取决于“软”“硬”件功能的综合
1.3 硬件的发展
- 第一台电子数字计算机：ENIAC(1946)；逻辑元件电子管
| 发展阶段 | 时间 | 逻辑元件 | 速度（次/秒） | 内存 | 外存 |
|---|---|---|---|---|---|
| 第一代 | 1946-1957 | 电子管 | 几千~几万 | 汞延长线、磁鼓 | 穿孔卡片、纸带 |
| 第二代 | 1958-1964 | 晶体管 | 几万-几十万 | 磁芯存储器 | 磁带 |
| 第三代 | 1964-1971 | 中小规模集成电路 | 几十万-几百万 | 半导体存储器 | 磁带、磁盘 |
| 第四代 | 1972-现在 | 大规模、超大规模集成电路 | 上千万-万亿 | 半导体存储器 | 磁盘、磁带、光盘、半导体存储器 |
1.4 摩尔定律
- 集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加 1倍。整体性能也将提升一倍。
1.5 计算机的“两极化”发展趋势
- 一端是微型计算机向更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展。
- 另一端是巨型机向巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展。
二 计算机的硬件组成
2.1 思维导图
2.2 早期冯诺依曼机的结构
- 存储程序：是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的储存储器，然后按其在存储器中的守地址执行程序的第一条指令以后，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。
- 第一台采用冯诺依曼结构的计算机EDVAC
- 早期冯诺依曼机的逻辑结构
2.3 冯诺依曼计算机的特点
- 计算机有五大部件组成
- 指令和数据及同等地位存于存储器，可按地址寻访
- 指定和数据用二进制表示
- 指令由操作码和地址码组成
- 存储程序
- 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；现在一般以存储器为中心】
2.4 现代计算机的结构
- 注意，这里的主存是指内存；辅存是指硬盘等外部存储设备
三 主要硬件的工作原理
3.1 思维导图
3.2 主存储器的基本组成
- MAR：地址存储器
- MDR：数据存储器
- 存储元：存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit
- 存储单元：多个存储元的集合 一般应具有存储数据和读写数据的功能，以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节
- 存储字(word)：存储单元中二进制代码的组合
- 存储字长：存储单元中二进制的位数
3.3 存储器的基本组成
- 运算器：用于实现算术运算（如：加减乘除）、逻辑运算（如：与或非）
| 运算器结构 | 说明 |
|---|---|
| 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 |
3.4 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+1功能
3.5 计算机的工作过程
- CPU区分指令和数据的依据：指令周期的不同阶段
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