01.計算機組成原理 概述
阿新 • • 發佈：2021-06-15
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計算機硬體唯一識別的資料0/1,用高電平和低電平來區分0和1
問題：
數字、文字、影象如何用二進位制表示？CPU如何對二進位制進行加減乘除
如何儲存這些二進位制資料？
如何從記憶體中取出想要的資料？
CPU如何識別和執行我們的程式？
計算機組成原理
1.計算機的發展
計算機系統=硬體+軟體
硬體:物理基礎,計算機效能的天花板
軟體:效能系統軟體（OS、DBMS、標準程式庫、網路軟體、預言處理程式、彙編程式）和應用軟體
硬體的發展歷程：
發展階段邏輯元件代表作速度記憶體外存程式語言特點備註
Gen1:電子管時代電子管ENIAC慢機器語言體積大、耗電高、計算速度慢計算機紙帶上有蟲子：bug
Gen2:電晶體比電子管體積小出現作業系統FORTRAN
Gen3：中小規模積體電路半導體儲存器
Gen4：大規模積體電路半導體儲存器微處理器PC微型計算機摩爾定律：
積體電路上可容納的電晶體數目大約每18月增加一倍,換言之，處理器的效能每兩年翻一倍。
軟體的發展：
機器語言
組合語言
高階語言
發展趨勢：微型化網路化高效能多用途智慧化超高速
2.計算機硬體的基本組成
馮諾依曼結構：
EDVAC
以運算器為核心
五大部件：輸入裝置、輸出裝置、儲存器、運算器、控制器
指令和資料以同等地位儲存於儲存器，可按地址尋訪
指令和資料都是二進位制來儲存的
指令由操作碼和地址碼組成操作碼：+-*/地址碼:資料所在的地址
儲存程式
現代計算機結構：
以儲存器為核心
CPU=運算器+控制器四大部件：主機（CPU+主存）+I/O（輔助儲存+IO）
3.主儲存器的基本組成
主儲存器=儲存體+MAR+MDR
菜鳥驛站=貨架+店員+櫃檯
二者一一對應。
儲存單元:每個儲存單元存放一串二進位制程式碼。MAR=4位，則儲存單元的個數=2的4次方
儲存字：儲存單元中二進位制程式碼的組合。
儲存字長：儲存單元中二進位制程式碼的位數。MDR=16位，則儲存字長word=16bit
儲存元：每個儲存元可存1個bit
B:Byteb:bit1B=8bit100M的寬頻:是100Mbps的寬頻。下載器是B為下載單位,所以下載速度大概是100Mb/8=12MB
4.運算器的基本組成
用於實現算術運算、邏輯運算的部件
ACC：累加器儲存運算元和結果
MQ：乘商計算器儲存運算元和結果
X：通用計算器
ALU：算術邏輯單元，核心部件。實現算術運算和邏輯運算。
5.控制器：
CU：控制單元，分析指令，給出控制訊號。ControlUnit
IR：指令暫存器，存放當前執行的指令。InstructionRegister
PC：程式計數器，存放下一條指令的地址，自動+1的功能ProgramCounter
完成一條指令：取指令，分析指令，執行指令。取指階段，執行階段。
6.計算機工作過程：
前提：
1.高階語言經過編譯裝入主存。
2.指令：操作碼+地址碼
開始執行：
初：(PC)=0,指向第一條指令的儲存地址。
#1：(PC)->MAR,導致(MAR)=0
#3：M(MAR)->MDR,導致(MDR)=000001000000101
#4:通過資料匯流排，(MDR)->IR,導致（IR）=000001000000101
#5：指令的操作碼送到CU，CU得知後是取數的指令，然後去取數放入MDR
MDR再放入ACC，完成後PC=+1
其他步驟類似。
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