计算机组成原理

1.1_计算机的发展

什么是计算机系统：

计算机系统 = 硬件 + 软件

软件：

系统软件：用来管理整个计算机系统

应用软件：按任务需要编制成的各种程序

软件的发展：

计算机语言

1. 机器语言、汇编语言
2. FORTRAN、PASCAL、C++
3. Java，Python

操作系统

1. DOS
2. Windows
3. IOS

硬件：

硬件的发展：

第一台电子数字计算机：ENIAC（1946）

逻辑元件：电子管

1947年，贝尔实验室，发明了“晶体管”

1955年，肖克利在硅谷创建 肖克利实验室股份有限公司

1957年，八叛徒（traitorous eight）创立 仙童半导体公司

1959年，仙童半导体公司发明“集成电路”

1968年，摩尔邓人离开仙童，创立Intel

1969年，仙童销售部负责人桑德斯离开仙童，创立AMD

晶体管之父：威廉·肖克利（1956年诺贝尔物理学奖得主）

摩尔定律：

揭示了信息技术进步的速度

集成电路上可容纳的晶体管数目，约18个月便会增加一倍，整体性能也将提升一倍

目前的发展趋势

“两极”分化：

一极是微型计算机向更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展；

另一极是巨型计算机向更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展。

神威·太湖之光（每秒9.3亿亿次的浮点运算）

1.2_1_计算机硬件的组成

早期冯诺依曼机的结构

在计算机中，软件和硬件在逻辑上是等效的。

冯诺依曼计算机的特点：

1. 计算机由五大部件组成
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻址
3. 指令和数据用二进制标傲世
4. 指令由操作码和地址码组成
5. 存储程序
6. 以运算器为中心（降低了效率，任何数据都要通过运算器去中转，非常不便利）

现代计算机的结构

现代计算机：以存储器为中心

CPU = 运算器 + 控制器

总结与回顾

1.2_2_各个硬件的工作原理

主存储器的基本组成

1. 存储体
2. MAR(Memory Address Register):存储地址寄存器
3. MDR(Memory Data Register):存储数据寄存器

存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码

存储字(word)：存储单元中二进制代码的组合

存储字长：存储单元中二进制代码的位数

存储元：即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit

易混淆：一个字(word) = 16bit

1B = 1个字节，1b = 1个bit

运算器的组成

运算器：用于实现算术运算（如：加减乘除）、逻辑运算（如：与或非）

ACC：累加器，用于存放操作数，或运算结果。

MQ：乘商寄存器，在乘、除运算时，用于存放操作数或运算结果。

X：通用的操作数寄存器，用于存放操作数

ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算

控制器的基本组成

CU：控制单元，分析指令，给出控制信号

IR：指令寄存器，存放当前执行的指令

PC：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加1的功能

总结与回顾

1.2_3_计算机系统的层次结构