计算机组成原理-第一讲

计算机工作原理

Posted by Kingtous on April 4, 2019

第一讲·计算机工作原理

冯·诺依曼机

  • 组成

    • 控制器
    • 运算器
    • 存储器
    • 输入设备
    • 输出设备
  • 存储方式

  • 数据表示

  • 指令组成

  • 指令执行

    • 存储程序与程序控制(顺序存储程序)
  • 指令传输(现代计算机以存储器为中心

  • 运算器(算数逻辑单元)

    • 功能
      • 进行算数运算和逻辑运算
    • 组成
      • 运算电路
      • 寄存器
      • 累加器

    我们可以用Verlog写加法器练手

  • 控制器

    • 功能
      • 通过控制信号产生逻辑
    • 组成
      • 指令寄存器
      • 状态触发器
      • 时序电路
  • 存储器

    • 功能
      • 存放程序和数据,并根据控制命令提供这些程序和数据
    • 分类
      • 主存
      • 辅存
    • 组成
      • 地址译码器
      • 存储单元
      • …(补充)

硬件系统

Pentium主板

  • CMOS
  • 控制芯片
  • CACHE
  • CPU
  • ISA插槽
  • PCI插槽
  • 串行,并行插槽
  • 键盘插座
  • 内存插槽

计算机系统的层次结构

  • 实际机器(硬联逻辑) M0
  • 控制单元 M1
  • 机器语言计算机 M2
  • 操作系统 M3
  • 汇编语言计算机 M4
  • 高级语言计算机 M5
  • 应用语言计算机 M6

CPU的结构

  • CPU概述
    • 主机
      • 运算器
        • ALU与寄存器组
          • 定点单元
          • 浮点单元
      • 控制器
        • 控制单元
      • 主存储器
        • 寄存器组
      • Cache
        • 指令Cache
        • 数据Cache
      • 总线接口
  • 功能
    • 指令控制(首要任务)
    • 操作控制
    • 时间控制
    • 数据处理
  • 任务
    • 取指令并完成指令所规定的操作

控制器

  • 功能
    • 控制指令的执行
      • 执行顺序
        • 顺序执行
        • 转移:无条件转移,条件转移 (if-else)
        • 转子:过程调用,中断处理 (子程序)
      • 控制指令的执行过程
        • 取指,分析,执行
    • 控制程序和数据的输入和输出
    • 处理异常情况
  • 组成 控制器的组成.PNG
  • 控制器的类型
    • 组合逻辑控制器
      • 利用组合逻辑门电路
    • 存储逻辑控制器
    • 阵列逻辑控制器

指令执行的基本步骤

控制器控制指令执行步骤.PNG

  • 为取下一条指令做准备 -解释:PC自增(顺序执行)或者跳转(跳转子程序或者if-else,循环等等)
  • 示例 示例-程序的执行过程.PNG
  • 工作流程 CPU工作流程.PNG

课后推荐练习:定时器,加法器,串口,尽量做到仿真