计算机组成原理

计算机组成原理-第一讲

计算机工作原理

Posted by MetaNetworks on April 4, 2019
本页面总访问量次

第一讲·计算机工作原理

冯·诺依曼机

组成
- 控制器
- 运算器
- 存储器
- 输入设备
- 输出设备
存储方式
数据表示
指令组成
指令执行
- 存储程序与程序控制（顺序存储程序）
指令传输（现代计算机以存储器为中心）
运算器(算数逻辑单元)
- 功能
  - 进行算数运算和逻辑运算
- 组成
  - 运算电路
  - 寄存器
  - 累加器
我们可以用Verlog写加法器练手
控制器
- 功能
  - 通过控制信号产生逻辑
- 组成
  - 指令寄存器
  - 状态触发器
  - 时序电路
存储器
- 功能
  - 存放程序和数据，并根据控制命令提供这些程序和数据
- 分类
  - 主存
  - 辅存
- 组成
  - 地址译码器
  - 存储单元
  - …(补充)

硬件系统

Pentium主板

CMOS
控制芯片
CACHE
CPU
ISA插槽
PCI插槽
串行，并行插槽
键盘插座
内存插槽
…

计算机系统的层次结构

实际机器（硬联逻辑） M0
控制单元 M1
机器语言计算机 M2
操作系统 M3
汇编语言计算机 M4
高级语言计算机 M5
应用语言计算机 M6

CPU的结构

CPU概述
- 主机
  - 运算器
    - ALU与寄存器组
      - 定点单元
      - 浮点单元
  - 控制器
    - 控制单元
  - 主存储器
    - 寄存器组
  - Cache
    - 指令Cache
    - 数据Cache
  - 总线接口
  - …
功能
- 指令控制(首要任务)
- 操作控制
- 时间控制
- 数据处理
任务
- 取指令并完成指令所规定的操作

控制器

功能
- 控制指令的执行
  - 执行顺序
    - 顺序执行
    - 转移：无条件转移，条件转移 (if-else)
    - 转子：过程调用，中断处理 (子程序)
  - 控制指令的执行过程
    - 取指，分析，执行
- 控制程序和数据的输入和输出
- 处理异常情况
组成
控制器的类型
- 组合逻辑控制器
  - 利用组合逻辑门电路
- 存储逻辑控制器
- 阵列逻辑控制器

指令执行的基本步骤

控制器控制指令执行步骤.PNG

为取下一条指令做准备 -解释：PC自增(顺序执行)或者跳转(跳转子程序或者if-else，循环等等)
示例
工作流程

课后推荐练习：定时器，加法器，串口，尽量做到仿真