文章目錄

• • 分層結(jié)構(gòu)
  • 軟件系統(tǒng)
  • 硬件系統(tǒng)
  • I/O設備
  • 控制器
  • 存儲器
  • 運算器

先上張圖，對計算機的軟硬件組成有個大體的認識，接下來就是掰開揉碎這張大圖ψ(｀?′)ψ，本文絕大多數(shù)圖片均為手繪

分層結(jié)構(gòu)

其中操作系統(tǒng)的重要性不言而喻，也就是虛擬機M2。對于大工作量的處理，電腦會經(jīng)常死機，這是因為有些語言程序已經(jīng)被系統(tǒng)保存，在執(zhí)行新的工作的時候會重新調(diào)用這些語言程序，由于程序相同，原本儲存在系統(tǒng)中的程序會被新程序覆蓋，而這樣的操作，數(shù)量級一上來計算機死機就是避免不了的了，M2的作用就是代替開發(fā)者協(xié)調(diào)與管理底層的調(diào)用，預防死機的狀況。

軟件系統(tǒng)

計算機軟件分類
①系統(tǒng)軟件：管理整個計算機系統(tǒng)，使系統(tǒng)資源得到合理運用。主要有OS,DBMS等。比較大眾的是巨硬windows、MacOS、Android，還有開發(fā)者專用的Linux。
②應用軟件：通過系統(tǒng)軟件提供的接口，完成用戶指定的任務。常用的有QQ,Alipay,WeChat……

計算機工作過程
1）將數(shù)據(jù)與程序裝入主存
2）將 源程序 轉(zhuǎn)換為 可執(zhí)行文件
3）從 可執(zhí)行文件 的首地址開始逐條執(zhí)行指令

源程序 轉(zhuǎn)換為 可執(zhí)行文件****:

• 執(zhí)行指令過程就請各位跳到控制器的介紹部分進行詳細了解

硬件系統(tǒng)

此主機非彼，我們常用的臺式電腦主機經(jīng)過長期的發(fā)展，組成以及性能上已經(jīng)非常成熟（風扇，水冷，硬盤……），而上圖中說到的主機是在概念上對其進行的定義，下圖是對主機的一個拆分概念圖：

跨過早期的 馮機 設計，來到最新的現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)理念，但是思想不變。
以下都是用白話解說，要背準確概念切勿模仿

I/O設備

輸入設備：將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機。也就是能把我們平時能夠操作的信號轉(zhuǎn)換成電信號傳給計算機，常見的有：鼠標、鍵盤、觸摸屏……

輸出設備：將計算機的計算結(jié)果以規(guī)定的形式輸出。
其中類似于多功能打印機的設備既能輸入也能輸出。

輔存的話就是能輔助主存存儲數(shù)據(jù)的設備，常見的有：U盤，機械/固態(tài)硬盤以及近幾年的高內(nèi)存移動硬盤etc.

控制器

作為整個硬件系統(tǒng)的主腦，能夠基于每個部件的實際需求來下達相關指令，信息的傳播與接收都是雙向的。

上圖談到了很多次指令一詞，顧名思義就是計算機下達的命令，由操作碼和地址碼兩部分拼接組成
操作碼：決定操作的序列
地址碼：表示操作數(shù)在存儲器中的位置

指令執(zhí)行過程：
1）取指令：PC→MAR→M→MDR→IR
程序中第一條指令的地址位于PC中，從PC取出第一條指令到IR，將PC的內(nèi)容送到MAR，MAR中的內(nèi)容直接送地址線，同時控制器將讀信號送讀/寫信號線，主存根據(jù)地址線上的地址和讀信號，從指定存儲單元讀出指令，送到數(shù)據(jù)線上，MDR從數(shù)據(jù)線接收指令信息，并傳送到IR。
2）分析指令：OP(IR)→CU
指令譯碼并送出控制信號。控制器根據(jù)IR中指令的操作碼，生成相應的控制信號，送到不同的執(zhí)行部件，這里IR是取數(shù)指令，因此讀控制信號被送到總線的控制線上。
3）執(zhí)行指令：Ad(IR)→MAR→M→MDR→ACC
取數(shù)操作。將IR中指令的地址碼送到MAR，MAR中的內(nèi)容送地址線，同時控制器將讀信號送讀/寫信號線，從主存指定存儲單元讀出操作數(shù)，并通過數(shù)據(jù)線送至MDR，再傳送到ACC。

注：
每次取指令結(jié)束，需要為取下一條指令做準備，形成下一條指令地址：(PC)+1→PC

(PC),(MDR)……括號表示括號中位置存放的內(nèi)容（括號最好不要省略）

OP(IP)	（IP）表示從指令寄存器中取數(shù)送到CU，OP表示取指令的前邊操作碼部分
Ad(IP)	（IP）表示從指令寄存器中取數(shù)送到MAR用以取操作數(shù)，Ad表示取指令的后邊地址碼部分

指令其本質(zhì)上是一串01代碼（二進制碼），和數(shù)據(jù)以同等地位儲存在存儲器中，一般情況下是按照順序存放并順序執(zhí)行，但在特殊條件下可根據(jù)設定改變執(zhí)行順序，并按照地址尋訪，

其中由控制器發(fā)出的控制信號可以：

控制修改PC以得到下一條指令的地址；

控制ALU執(zhí)行運算的方式；

控制主存進行讀操作 或是 寫操作。

存儲器

近現(xiàn)代整個硬件系統(tǒng)的中心，通過控制器給予的指令，進行批量存儲和釋放程序和數(shù)據(jù)，可存儲包括：
①輸入數(shù)據(jù)
②經(jīng)過運算器運算過后的中間數(shù)據(jù)
③最終運算結(jié)果數(shù)據(jù)

存儲器分為兩部分：主存和輔存。其中主存就是我們常說的內(nèi)存，CPU能直接訪問；輔存，顧名思義是用來協(xié)助主存存儲額外程序和數(shù)據(jù)的，也可以被看作是I/O設備，只有將輔存的內(nèi)容調(diào)入主存才能夠被CPU訪問，不能被直接訪問。

主存：時序控制程序
按存儲單元的地址進行存取（按地址存取方式），其中存儲體存放二進制信息是按內(nèi)容訪問的。

MAR：
用于尋址，其位數(shù)=存儲單元個數(shù)，與PC長度相等。

eg：MAR是10位，則有2¹⁰=1024個存儲單元，記1K

MDR：
位數(shù)與存儲字長相等，一般是字節(jié)二次冪的整數(shù)倍。
存儲體的基本結(jié)構(gòu)：
由眾多存儲單元組成，每個存儲單元包括若干存儲元件，每個元件存儲一個二進制碼（0，1）。依次類推一個存儲單元就是一串二進制碼，這串二進制碼稱為存儲字，位數(shù)稱為存儲字長（1B或是字節(jié)的偶數(shù)倍）

譯碼器：
這里推薦視頻講解

在概念上MAR,MDR是主存的一部分，但是在實際安裝中MAR,MDR，Cache（高速緩存）被安裝與CPU中，與主存三線連接：

其中CPU與主存之間有一條總線相連，總線中有地址、控制、數(shù)據(jù)3組信號線。MAR中的地址信息會直接送到地址線上，用于指向讀/寫操作的主存存儲單元；控制線中有讀/寫信號線，指出數(shù)據(jù)是從CPU寫入主存還是從主存寫入CPU。如果是讀操作，將MDR中的數(shù)據(jù)直接送到數(shù)據(jù)線上；如果是寫操作，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)收到MDR中。

運算器

通過控制器傳入的運算方法，對存儲器傳來的數(shù)據(jù)進行算數(shù)運算和邏輯運算

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【计算机组成原理】计算机软硬件组成的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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