C程序设计笔记---计算机的工作原理

在网易上报了西北工业大学C语言程序设计的公开课,在此记录下学习的笔记。

一、计算机系统的组成:

引入:CPU计算机中最重要的一个部件,又称中央处理器:(Central Processing Unit),由控制器和运算器组成;


inter 5 CPU

【1】、计算机由五个基本部分组成:运算器、控制器、存储器、输出设备、输入设备;


计算机的组成

【2】、根据冯·诺依曼理论,采用“存储程序”思想,程序和数据均以二进制表示,以相同的方式存放在存储器中,按地址访问。


计算机在工作时,实际上在计算机系统中是两种信息在流动,一种是数据流,一种是控制流;

个人理解:数据流就是数据的流动,控制流及时控制数据的流动,控制流中没有数据,数据流中有数据。

(1)、运算器:

     又称算术逻辑单元ALU(arithmetic logic unit),主要功能是进行算术运算和逻辑运算。运算器是由一个累加器、几个寄存器和一些控制电路组成。累加器接收寄存器传过来的数据进行运算,并将结果传给寄存器。运算器的数据来自于内存,从内存中接收到数据后经过计算处理后,在返回给存储器或者暂时寄存在运算器中,所以在运算器中的数据在程序结束后就被释放掉了,如果我们在程序中想把一些数据永久的保存下来,就需要保存到存储器(硬盘)中,计算机对内存的读写操作是在控制器的控制下完成的。

计算机的算术运算:只有加减乘除等简单的运算;

计算机的逻辑运算:逻辑判断,关系比较,与或非等运算;


(2)、控制器:

     控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序控制电路等组成,指挥计算机的各个部件按照计算机指令的要求协调工作;

控制器的工作流程:

   计算机工作时从程序计数器中取出下一条执行指令的存储地址,

②   从程序计数器中取出地址,此次得到操作指令,并存放在指令寄存器中,

③   然后再通过指令译码器将指令中的操作码通过编译生成相应的控制信号,

④   由控制部件将时序控制电路中的产生的时钟脉冲和控制信号组合起来,这样控制每个相应的控制部件完成相应的操作,

⑤   计算机在控制部件的控制下能够连续的、自动的按照编辑好的程序完成一系列制定的操作。

我的个人理解如下图,如有错误请指出:

控制器的工作流程

(3)、存储器:

   计算机用来用来存放数据的记忆装置,通常分为内存储器外存储器

每个内存单元都有唯一的编码,为内存地址。当计算机要从某个内存单元存储数据时,首先要提供内存地址信息,进而查找相应的内存单元才能读取到数据。

打个比方,内存就相当于办公楼,内存单元相当于公司办公室,那么如何如何准确的找到办公室房间呢?给每个办公室房间都标上唯一的号码即可,这样即使一个对整栋大楼不熟悉的人也能很快的找到相应的办公室。


数据在内存中的存储


   内存储器:简称内存,用来存放执行的程序及其数据,内存划分为很多单元,称为“内存单元”,存放着一定数量的二进制数据。


  外存储器:硬盘、光盘、U盘等等。

 存储器最多可存放二进制数据的总和称为存储容量,基本单位是字节(byte),每个字节包含8个二进制位(bit),常用KB、MB、GB、TB来表示存储容量的大小,它们之间的转换为:

1TB = 1024GB;

1GB = 1024MB;

1MB = 1024KB;


(4)、输出设备:

用来接收用户输入的程序和数据信息并将其转换为计算机可识别处理的二进制数据存放到内存中。

如键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、手写板等;


(5)、输入设备:

把用户输入的数据和操作经过计算机的处理后以人类能够识别的形式展现给人类;

如显示器、打印机、绘图仪等;


计算机的运算器和控制器是必须的,存储器大小会根据用户的需求和成本等一些原因改变存储容量的大小。输入输出设备会根据使用特征不同而不同,甚至在有些方面是没有这些设备的。


【3】、计算机指令:

计算机执行某种操作的机器命令,可以被计算机硬件直接识别和执行,通常用二进制代码表示,由操作码和操作数两部分组成;一台计算机所有指令的集合称为指令系统,不同类型的计算机,指令烈性和数量不同;

计算机指令系统所具有的功能:

①数据传送指令

   .将数据在CPU和内存之间进行传送;

②数据处理指令

   .对数据进行算术、逻辑、比较、位运算;

③程序控制指令

  .控制程序中的指令的执行操作,例如跳转跳转、五条件跳转、调用、返回停机、中断、异常处理等;

④输入输出指令

.实现外部设备与主机之间的数据传输; 

⑤硬件管理指令

.对计算机硬件管理;

⑥其他指令

 .特殊功能处理,例如多媒体、DSP、通信、图形渲染等。

【4】、计算机的工作原理

   计算机的工作过程:从内存中指令存储地址中取出指令,传给指令寄存器,然后计算机在指令寄存器中对指令进行分析,由指令译码器对操作码进行操作译码,转换成相应的控制信号,最终让相应的部件进行相应的操作。

【5】、计算机程序

  指完成一定功能的指令的有序集合。程序是由多个指令和步骤组成。



如有错误的地方,请指出。



最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,734评论 6 505
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,931评论 3 394
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 164,133评论 0 354
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,532评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,585评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,462评论 1 302
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,262评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,153评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,587评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,792评论 3 336
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,919评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,635评论 5 345
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,237评论 3 329
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,855评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,983评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,048评论 3 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,864评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容