第一章 計算機(jī)系統(tǒng)概述 1.2.2 各硬件部分的介紹

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本筆記參考書目：

計算機(jī)組成原理（第六版.立體化教材）白中英、戴志濤

2021王道計算機(jī)組成原理視頻公開課

本節(jié)重點：

• 主存儲器、運算器和控制器的基本組成
• 計算機(jī)運行過程的實例

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主存儲器

結(jié)構(gòu)

• 存儲體：用于存放二進(jìn)制0/1。
• MAR：存儲地址（Address）寄存器，提供數(shù)據(jù)位置。
• MDR：儲存數(shù)據(jù)（Data）寄存器，提供MAR對應(yīng)地址的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)讀入讀出

• 讀入：CPU告訴MAR位置和MDR數(shù)據(jù)，向?qū)?yīng)位置寫入數(shù)據(jù)；
• 讀出：CPU從MAR位置獲取數(shù)據(jù)，存入MDR，再從MDR取數(shù)據(jù)。

存儲體

二進(jìn)制數(shù)據(jù)按地址存儲在存儲體中。

• 存儲單元：每個存儲單元存放一串二進(jìn)制代碼
• 存儲字（word）：存儲單元中二進(jìn)制代碼的組合
• 存儲字長：存儲單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)（通常為8bit的整數(shù)倍）
• 地址：MAR指向的信息
• 存儲元：二進(jìn)制的電子元件（電容），每個存儲元存放1bit

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MAR位數(shù)反映了存儲單元的個數(shù)；
MDR位數(shù) = 存儲字長
**

易錯點：

• 1Byte(字節(jié)) = 8bit，1B = 1Byte
• 1word(字) = ?bit -> 存儲字長取決于計算機(jī)架構(gòu)(MDR位數(shù))

運算器

運算器用于實現(xiàn)算術(shù)運算（加減乘除）和邏輯運算（與或非）。

ACC/MQ/X均為寄存器

• ACC（Accumulator）：累加器（寄存器），存放操作數(shù)或運算結(jié)果；
• MQ（Multiple-Quotient Register）：乘商寄存器，在乘、除運算時，用于存放操作數(shù)或運算結(jié)果；
• X：通用寄存器（通用的操作數(shù)寄存器），存放操作數(shù)。X有多個，但只需一個X，就能實現(xiàn)運算；
• ALU（Arithmetic/Logic Unit）：算術(shù)邏輯單元，是運算器的核心單元，集成復(fù)雜電路，實現(xiàn)算術(shù)運算/邏輯運算。

控制器

• CU（Control Unit）：控制單元，控制器的核心元件，集成復(fù)雜電路，分析指令，發(fā)出控制信號；
• IR（Instruction Register）：指令寄存器，存放當(dāng)前執(zhí)行的指令；
• PC（Program Counter）：程序計數(shù)器，存放下一條指令的地址，有自動加1的功能。

指令執(zhí)行順序

PC：取指令

IR：存儲指令

CU：分析/執(zhí)行指令

計算機(jī)的工作流程

操作碼和地址碼是指令，計算機(jī)執(zhí)行時會自動拆分；

指令均存放在存儲體中。

“取數(shù)”流程：

(寄存器)表示寄存器內(nèi)容，
M(MAR)->MDR表示將主存儲器MAR指向的內(nèi)容賦值給MDR

PC指向主存地址0；

PC將主存地址0傳入MAR（控制器向主存指明訪問數(shù)據(jù)的地址），控制器通過控制總線告訴主存進(jìn)行讀取操作；

MAR去存儲體中尋找相應(yīng)數(shù)據(jù)，取出并放入MDR；

MDR中的指令通過總線傳入IR；

IR中的操作碼被送入CU，CU分析操作碼，進(jìn)行 “取數(shù)” 操作；

“取數(shù)” 操作將指令的地址碼傳入MAR；

同上，主存儲器根據(jù)M(MAR)將存儲體中相應(yīng)數(shù)據(jù)放入MDR；

在CU的指揮下，(MDR)=a被送入ACC中。

以上為“取數(shù)”指令，
1～4為取指令，（取指令結(jié)束后，PC++，移向下一條指令）
5分析指令，
6～8執(zhí)行指令。

“乘法”流程：

取指令(PC)=1；（取指令過程同上）

IR儲存指令，將操作碼送入CU， CU分析知“乘法”指令 ；

“取數(shù)據(jù)”(MAR)=6（過程同上）;

因為是乘法操作，所以總線控制MDR將b值存入MQ；

將ACC的a值放入X中，即(X)=2（ 執(zhí)行乘/商操作時，被乘數(shù)放入X，乘數(shù)放入MQ ）；

CU告訴ALU執(zhí)行乘法運算，ALU將(X)和(MQ)相乘，結(jié)果存入ACC（若乘積過大，需要MQ輔助存儲）。

“加法”流程：

取指令…；

分析指令…；

執(zhí)行指令：

CU得知是加法指令，開始協(xié)調(diào)各部件工作；

按主存地址2的地址碼取c存入MDR后，令(X) <- (MDR) = c = 1；（ 執(zhí)行加法時，ACC存入被加數(shù)，X存入加數(shù) ）

CU向ALU發(fā)送信號，(ACC) <- (ACC) + (X)；

關(guān)于加/乘法規(guī)律小總結(jié)：
加法運算指令地址碼內(nèi)容(加數(shù))存入X；
乘法運算指令地址碼內(nèi)容(乘數(shù))存入MQ，ACC內(nèi)容存入X。

“儲存”流程：

將ab+c存入主存單元，取/分析指令同上。

“存數(shù)”指令是把ACC中的數(shù)據(jù)存到地址碼指明的存儲單元中。

執(zhí)行指令：…

指令3地址碼傳入MAR，指明存入的存儲單元；

ACC中的結(jié)果傳入MDR，指明儲存內(nèi)容；

CU通過控制總線告訴存儲體進(jìn)行存儲操作。

(PC)<-4，終止進(jìn)程，利用中斷機(jī)制通知 操作系統(tǒng) 終止該進(jìn)程。

必經(jīng)步驟：
取指令、分析指令、執(zhí)行指令、指令結(jié)束

總結(jié)和知識回顧

一個指令由操作碼和地址碼組成！

**CPU區(qū)分指令和數(shù)據(jù)的依據(jù)是：指令周期的不同階段。**先取指令，后取數(shù)據(jù)，CPU就可以區(qū)分從內(nèi)存中取出的是指令還是數(shù)據(jù)。

現(xiàn)代計算機(jī)中，MAR、MDR被集成于CPU中！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第一章 计算机系统概述 1.2.2 各硬件部分的介绍 [计算机组成原理笔记]的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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