【计算机组成原理】计算机软硬件组成

文章目录

• • 分层结构
  • 软件系统
  • 硬件系统
  • I/O设备
  • 控制器
  • 存储器
  • 运算器

先上张图，对计算机的软硬件组成有个大体的认识，接下来就是掰开揉碎这张大图ψ(｀∇´)ψ，本文绝大多数图片均为手绘

分层结构

其中操作系统的重要性不言而喻，也就是虚拟机M2。对于大工作量的处理，电脑会经常死机，这是因为有些语言程序已经被系统保存，在执行新的工作的时候会重新调用这些语言程序，由于程序相同，原本储存在系统中的程序会被新程序覆盖，而这样的操作，数量级一上来计算机死机就是避免不了的了，M2的作用就是代替开发者协调与管理底层的调用，预防死机的状况。

软件系统

计算机软件分类
①系统软件：管理整个计算机系统，使系统资源得到合理运用。主要有OS,DBMS等。比较大众的是巨硬windows、MacOS、Android，还有开发者专用的Linux。
②应用软件：通过系统软件提供的接口，完成用户指定的任务。常用的有QQ,Alipay,WeChat……

计算机工作过程
1）将数据与程序装入主存
2）将 源程序 转换为 可执行文件
3）从 可执行文件 的首地址开始逐条执行指令

源程序 转换为 可执行文件****:

• 执行指令过程就请各位跳到控制器的介绍部分进行详细了解

硬件系统

此主机非彼，我们常用的台式电脑主机经过长期的发展，组成以及性能上已经非常成熟（风扇，水冷，硬盘……），而上图中说到的主机是在概念上对其进行的定义，下图是对主机的一个拆分概念图：

跨过早期的 冯机 设计，来到最新的现代计算机结构理念，但是思想不变。
以下都是用白话解说，要背准确概念切勿模仿

I/O设备

输入设备：将程序和数据输入计算机。也就是能把我们平时能够操作的信号转换成电信号传给计算机，常见的有：鼠标、键盘、触摸屏……

输出设备：将计算机的计算结果以规定的形式输出。
其中类似于多功能打印机的设备既能输入也能输出。

辅存的话就是能辅助主存存储数据的设备，常见的有：U盘，机械/固态硬盘以及近几年的高内存移动硬盘etc.

控制器

作为整个硬件系统的主脑，能够基于每个部件的实际需求来下达相关指令，信息的传播与接收都是双向的。

上图谈到了很多次指令一词，顾名思义就是计算机下达的命令，由操作码和地址码两部分拼接组成
操作码：决定操作的序列
地址码：表示操作数在存储器中的位置

指令执行过程：
1）取指令：PC→MAR→M→MDR→IR
程序中第一条指令的地址位于PC中，从PC取出第一条指令到IR，将PC的内容送到MAR，MAR中的内容直接送地址线，同时控制器将读信号送读/写信号线，主存根据地址线上的地址和读信号，从指定存储单元读出指令，送到数据线上，MDR从数据线接收指令信息，并传送到IR。
2）分析指令：OP(IR)→CU
指令译码并送出控制信号。控制器根据IR中指令的操作码，生成相应的控制信号，送到不同的执行部件，这里IR是取数指令，因此读控制信号被送到总线的控制线上。
3）执行指令：Ad(IR)→MAR→M→MDR→ACC
取数操作。将IR中指令的地址码送到MAR，MAR中的内容送地址线，同时控制器将读信号送读/写信号线，从主存指定存储单元读出操作数，并通过数据线送至MDR，再传送到ACC。

注：
每次取指令结束，需要为取下一条指令做准备，形成下一条指令地址：(PC)+1→PC

(PC),(MDR)……括号表示括号中位置存放的内容（括号最好不要省略）

OP(IP)	（IP）表示从指令寄存器中取数送到CU，OP表示取指令的前边操作码部分
Ad(IP)	（IP）表示从指令寄存器中取数送到MAR用以取操作数，Ad表示取指令的后边地址码部分

指令其本质上是一串01代码（二进制码），和数据以同等地位储存在存储器中，一般情况下是按照顺序存放并顺序执行，但在特殊条件下可根据设定改变执行顺序，并按照地址寻访，

其中由控制器发出的控制信号可以：

控制修改PC以得到下一条指令的地址；

控制ALU执行运算的方式；

控制主存进行读操作 或是 写操作。

存储器

近现代整个硬件系统的中心，通过控制器给予的指令，进行批量存储和释放程序和数据，可存储包括：
①输入数据
②经过运算器运算过后的中间数据
③最终运算结果数据

存储器分为两部分：主存和辅存。其中主存就是我们常说的内存，CPU能直接访问；辅存，顾名思义是用来协助主存存储额外程序和数据的，也可以被看作是I/O设备，只有将辅存的内容调入主存才能够被CPU访问，不能被直接访问。

主存：时序控制程序
按存储单元的地址进行存取（按地址存取方式），其中存储体存放二进制信息是按内容访问的。

MAR：
用于寻址，其位数=存储单元个数，与PC长度相等。

eg：MAR是10位，则有2¹⁰=1024个存储单元，记1K

MDR：
位数与存储字长相等，一般是字节二次幂的整数倍。
存储体的基本结构：
由众多存储单元组成，每个存储单元包括若干存储元件，每个元件存储一个二进制码（0，1）。依次类推一个存储单元就是一串二进制码，这串二进制码称为存储字，位数称为存储字长（1B或是字节的偶数倍）

译码器：
这里推荐视频讲解

在概念上MAR,MDR是主存的一部分，但是在实际安装中MAR,MDR，Cache（高速缓存）被安装与CPU中，与主存三线连接：

其中CPU与主存之间有一条总线相连，总线中有地址、控制、数据3组信号线。MAR中的地址信息会直接送到地址线上，用于指向读/写操作的主存存储单元；控制线中有读/写信号线，指出数据是从CPU写入主存还是从主存写入CPU。如果是读操作，将MDR中的数据直接送到数据线上；如果是写操作，将数据线上的数据收到MDR中。

运算器

通过控制器传入的运算方法，对存储器传来的数据进行算数运算和逻辑运算

总结

以上是生活随笔为你收集整理的【计算机组成原理】计算机软硬件组成的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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