计算机硬件系统

以前冯诺依曼计算机结构以运算器为中心

现在以存储器为中心

计算机硬件系统主要包括:

1. 中央处理器
2. 内存储器
3. 输入输出设备

它们通过总线相连接到一起

中央处理器:

1. 运算器:对数据进行算术运算符,逻辑运算
2. 控制器:对指令分析,控制,协调输入输出,对内存访问

存储器:

1. 存储程序和数据
2. 内存储器
3. 外存储器

输入设备:

将程序和数据输入到计算机中

输出设备:

将用户信息(程序或数据)输出到外部输出设备供用户查看.

中央处理器

也叫CPU,计算机的核心部件。

负责执行软件指令将数据加工成信息。

CPU分为两部分：

1. 控制器
2. 运算器（算术逻辑单元）

它们都包含有寄存器和高速存储区域，用总线连接起来。

控制器：

计算机的控制中心和指挥中心

对于每个指令，控制单元都要执行4个基本操作

1. 取指令
2. 分析指令
3. 执行指令
4. 存储结果

运算器:

可以执行算数运算,逻辑运算

算数运算: +,-,*,/

逻辑运算: ＞,≥,＜,≤,=,≠

寄存器:

提高计算机性能

高速存储区域

临时存储数据和指令或内存地址

寄存器的大小和数量可以决定计算机的性能和速度

寄存器的类型

1. 指令寄存器
2. 地址寄存器
3. 存储寄存器
4. 累加寄存器等

总线:

在CPU内部或CPU和主板中其他部件进行信息传输的电子数据线路

通道越多,位的传输越快.

例如32位总线一次可以传输32位数据信息

CPU品质的高低，是主频和字长

主时钟：

1. 控制CPU工作的节拍
2. 不断产生固定频率的时钟
3. 主时钟的频率就是主频
4. 主频越高，运算速度越快

字长：CPU可以同时处理二进制的位数

CPU还可以通过总线访问各种输入输出设备

计算机的基本工作原理

计算机指令格式

计算机指令是能够被识别和执行的二进制代码

指令由两部分组成：

1. 操作码
2. 操作数（地址码）

操作码二进制位数决定了最多可以有多少种操作

操作的最多总数：2^k ,其中k代表二进制位数

n种操作至少拥有的位数:[log₂(n - 1)] + 1 , 其中[ ] 代表取整.

地址码:

1. 操作对象
2. 操作数
3. 存储地址
4. 寄存器

操作数:

1. 源操作数: 本身带有的
2. 目的操作数: 计算出来的结果

操作数一般称为地址码

有的指令只有操作码没有地址码,例如暂停指令

单字节指令: 一个字节的指令

双字节指令: 两个字节的指令

操作数和操作码所占的n个字节称为n字节指令

计算机指令的寻址方式

有效地址: 寻址方式和形式地址决定的

寻址方式: 本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址

寻址方式分两种:

1. 指令寻址
2. 数据寻址

指令寻址:

1. 顺序寻址
2. 跳跃寻址

数据寻址:

1. 立即寻址
2. 直接寻址
3. 隐含寻址
4. 间接寻址
5. 寄存器寻址等

计算机指令系统

指令系统: 本计算机所有指令的集合

指令系统共有的功能:

1. 数据传送指令
2. 数据处理指令
3. 程序控制指令
4. 输入/输出指令
5. 其他指令(对计算机的硬件进行管理、堆栈操作等)
   
   

计算机执行指令的基本过程

程序是解决实际问题的计算机指令的集合

程序计数器：决定了指令的执行顺序，某个程序被载入内存的时候，会将程序的第一条指令的内存单元地址赋值给程序计数器。

执行程序指令的过程

1. 取指令
2. 分析指令
3. 执行指令
4. 修改程序计数器

指令周期：完成一条指令所费的时间，越短越快

指令执行的时序

机器周期：在内存中读取一个指令字的最短时间

取指令必须占用一个机器周期

存储器