计算机组成原理

计算机的组成

• 存储器 相当于纸一样的具有记忆功能的设备
• 控制器 能够自动控制整个计算过程
• 运算器 相当于算盘
• 适配器—> 输入设备，输出设备

• 运算器：

  人们习惯10进制的运算，但2进制实现简单，可以
  使用逻辑门来实现各种运算。运算器的长度一般是8位，16位，32位，64位，但位数越长，所需的电子器件就越多。

• 存储器

  目前采用半导体触发器开当担此任务。通常，在存储器中保存一个数的16个触发器称为一个存储单元，存储器是由许多存储单元组成的。每个存储单元都有编号，称为地址。但是半导体容量有限，32位字长cpu只支持4G内存，64位支持128G内存，而且不能断电，因此需要外存储器，比如磁盘，这叫外存储器，而相应的半导体存储器就称为内存储器。简称内存。

• 控制器

  控制器是计算机中发号施令的部件，计算机中为了顺利运算，也必须事先把程序和数据按地址安排到存储器里去，注意，程序中的指令通常是按顺序执行，因此这些指令是顺序放在存储器里。
  每条指令应当明确的告诉控制器，从存储器的哪个单元取数，并进行何种操作。这样一来，可知指令的内容由2部分组成。即操作的性质和操作数的地址，前者称为操作码，后者称为地址码。指令数码化以后，就可以和数据一样放入存储器，存储器的任何位置既可以存放数据也可以存放指令，不过一般是将指令和数据分开存放。将指令序列存放在存储器中称为存储程序，而控制器一句存储的程序来控制全机协调的完成计算任务叫做程序控制，存储程序并按地址顺序执行。这就是冯*诺依曼计算机的设计思想。也是机器自动化工作的关键。

控制器的基本任务

控制器的基本任务，就是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器取出一条指令放到控制器中，该指令的操作码有译码器进行分析判别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作。接着从存储器取出第二条指令，再执行者第二条指令，以此类推。通常把取指令的一段时间叫做取指周期，再把执行指令的一段时间叫做执行周期。因此。控制器反复交替地处在取指周期和执行周期之中。在早期的计算机术语中，通常把运算器好控制器合在一起成为中央处理器。简称CUP。而降CPU和存储器合在一起成为主机。

指令流和数据流

当cpu向存储器取出信息时，不能存取单个的位，是用字节，一个“字节”有8位二进制信息组成，而一个“字”则至少由一个以上的字节组成。通常把组成一个字的二级制位数叫做字长，例如微型机的字长至少可以8位，而大型机的字长可以达到64位。由于计算机使用的信息既有指令又有数据，所以计算机既可以代表指令，也可以代表数据。如果某字代表要处理的数据，则成为数据字；如果某字为一条指令，则称为指令字。控制器完成可以分开哪些是指令字，哪些是数据字。一般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而再执行周期中从内存读出的信息流是数据流。它由内存流向运算器。

• 总线

  系统总线是构成计算机系统的骨架，是过个系统部件之间进行数据传送的公共通路。借助系统总线，计算机在各系统部件之间实现传送地址，数据和控制信息的操作。

• 适配器和输入输出设备

  计算机的输入/输出设备通常称为外围设备。这些外围设备有高速的也有低速的。有机电结构的。也有全电子式的。由于种类繁多且速度各异，因为他们不是直接地同高速工作的主机相连接，而是通过适配器部件与主机相联系。适配器的作用相当于一个转换器。它可以保证外围设备用计算机系统特性要求的形式发送或接受信息。