第一讲 计算机基本结构(Basic Components of a Computer)

内容要点:冯·诺伊曼结构,计算机执行指令的过程

冯-诺依曼结构的要点


  1. 计算机应由运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备共5个部分组成

    1. 运算器(CA):central arithmetical

    2. 控制器(CC):central control

      CA+CC =>CPU

      地址总线,数据总线,控制总线

    3. 存储器(M):memory

      => 主存,显卡 北桥

      (现在多数PC将主存控制器和PCIe显卡都移到了CPU,取消了北桥)

    4. 输入设备(I):input

    5. 输出设备(O):output

      => I/O 南桥

      => 外部记录介质(R)BIOS芯片:basic input/output system

  2. 数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中,存放位置由存储器的地址指定

  3. 计算机在工作时能够自动得从存储器中取出指令加以执行

  4. ......

主存的组织形式


地址(二进制) 内容(二进制)
地址:每个存储单元对应的序号 内容:存储单元中存放的信息
... ...
0011 00001100
0010 00100010
0001 00000000
0000 01101101

计算机执行指令的主要步骤


  • 第一步:取指(Fetch)

    • 控制器(CC)将指令的地址送到存储器(M)
    • 存储器按给定的地址读出指令内容,送回控制器
  • 第二步:译码(Decode)

    • 控制器分析指令的操作性质
    • 控制器向有关部件发出指令所需的控制信号
  • 第三步:执行(Execute)

    • 控制器从通用寄存器(Register)或存储器中取出操作数
    • 控制器命令运算器(CA,比如ALU)对操作数进行指令规定运算
  • 第四步:回写(Write-back)

    • 将运算结果写入通用寄存器或存储器

系统芯片(System-on-a-Chip,SoC):


  • 将计算机或其他电子系统集成为单一芯片的集成电路

  • 在智能手机、平板电脑等移动计算设备上得到广泛应用

Quiz


  • 在指令的取指阶段,CPU中的MDR的内容会送到哪里?
    • IR
  • 执行一条指令的全过程中,指令的编码会出现在CPU中的哪些部件?
    • MDR,IR
  • 现代计算机主存储器一般是以什么单位来进行划分的?
    • 字节(Byte)
  • Intel4004:
    • 晶体管数量为2250,10微米制造工艺
    • 面积为4.2mm*3.2mm
    • 字节为4位,主频740KHz
    • 1971年诞生,世界上第一个商业微处理器
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