計算機組成原理 計算機的功能部件及層次結構

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運算器是計算機的執行部件，進行算術運算（加減乘除）和邏輯運算（與或非異）。

包含以下的主要部件：

運算器的核心是alu，mq、acc、x這三個暫存器是最基本的暫存器。

控制器是計算機的指揮中心，進行協調各部件之間的自動化協調工作。控制器由cu、ir、pc組成：

alu和cu分別代表了硬體的兩種設計方式

alu：採用組合邏輯的設計方式：例如實現1+1這種亙古不變的邏輯操作，直接得出結果，看到輸入就得到輸出

儲存器是計算機的儲存部件，用來存放程式和資料。其中cpu可以直接訪問的就是主存（記憶體條），而輔助儲存器，例如平常使用的硬碟、固態、光碟等只是幫助主存儲存更多的資訊。輔存的資訊只有載入在主存中，cpu才可以進行訪問。

主存可以分為以下三個部分：

基本工作流程：位址暫存器承接從外部傳過來的乙個位址，然後通過這個位址定位到儲存體當中的某個儲存單元，然後將內部的資料自動輸出到資料暫存器中暫存，外部的單元再從資料從資料暫存器中取走。整個過程是通過時序邏輯進行控制的。

在現代計算機中mdr和mar是存在於cpu中的，但是邏輯上仍然是主存的一部分，所以也會有以下的圖：

儲存器的最小儲存單元，存放0或者1。

假如輸入端有個0的資料，那開關如果是閉合的，例如在為1的狀態下，則0的資料就會通過電路達到輸出端。反之亦然。

而儲存單元，就是儲存元的陣列。

和儲存元類似，有乙個開關可以同時控制一整行的儲存單元，但是此時同時控制的是8個儲存元。

比如此時的開關是1，連通電路，則輸出端將得到01100110的資料。這麼一長串的資料叫做乙個儲存字，此時的儲存字長為8bit，即乙個位元組：byte。1byte == 8bit

而儲存單元的陣列，就是儲存體。

可以參考：位址和位址解碼器

因為cpu是直接與主存打交道的，那cpu輸出乙個儲存器位址到位址匯流排上面，那這個位址怎麼才可以選中乙個儲存單元呢？這個就是解碼器要解決的問題。解碼的過程是編碼的逆過程，將一長串二進位制**翻譯成特定的物件（例如高低電平）。打個比方：位址解碼器就像**系統，打**時輸入**號碼就好比位址，根據輸入的**號碼在若干門**中只有一門**被選中。

元的個數。比如有32個儲存單元，而儲存單元的位址是用二進位制來表示的，那麼5位二進位制數就可以32個儲存單元。那麼，mar的位數

是5位。在實際運用中，我們知道了mar的位數，儲存單元的個數也可以知道了。

對於乙個位址暫存器中位址的位數為3位，則對應到儲存單元就是2

32^3

23個，如下圖所示：

此時的位址碼為010，結合38真值表可以得出，儲存體中被啟用的儲存單元（這個詞可能用的不對）為序號6，則輸出的資料為序號6存

單元中的儲存位：00101100。

3-8解碼器真值表

鍵盤滑鼠、相機、顯示屏、觸控螢幕…

(pc) --> mar：將pc中要操作的指令放到主存中的mar中。

(mdr) --> ir：mdr中儲存的指令交給控制器中的ir

此時取指令結束

op(ir) --> cu：從ir中取出指令裡面的操作碼，交給cu去解析

此時分析指令已經完成，但是仍然沒有拿到要處理的資料

(mdr) --> acc：將資料從mdr中取出交給acc

執行指令結束

其中，資料和指令是以同等的地位儲存到主存中的，從mdr中取出的是指令還是資料，通過指令週期的不同階段來進行判斷！

軟體是靈魂、硬體是肉體，兩者邏輯上是可以等同的（對於實現乙個功能而言）。

機器語言：只有01這種二進位制**，例如0000，0000，000000010000

第一段0000，代表了需要執行的操作，後面兩端代表了**找資料，對於人來說，顯然是看不懂的。。。於是就開始找規律。。。

組合語言：開始有了助記符，知道編址的規律之後，很容易可以定位到具體的位置，於是人開始讓計算機去幹查表的活兒，比如load a, 16 ，這條指令的意思：將後面那個16位址所在的資料存到a這個暫存器中。通過匯程式設計序（彙編器）將組合語言翻譯成機器語言。

完成乙個簡單的加法操作：

16號單元資料於17號單元資料相加存於17號單元：

load a, 16

load b, 17

add c, a, b

store c, 17

由於類似這樣的操作有很多，於是人又要開始偷懶了。。。。

高階語言：將這種重複的操作通過c=a+b的簡單命令讓底層去實現，例如c、c++、爪窪等。通過編譯程式（編譯器）將這種高階語言翻譯成組合語言。總之人越來越懶了。。。

最後發展到以下的五大層次結構

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