计算机组成原理学习（哈工大视频）第一章

1.1计算机系统简介
计算机系统：由硬件（计算机的实体，如主机、外设等）和软件（具有各种功能的信息既程序组成）。
软件：系统软件（用来管理整个计算机系统：语言处理程序，操作系统，服务性程序，数据库管理系统，网络软件）和应用软件（按任务需要编制而成的各种程序）。
计算机系统的层次结构：硬件作为底层，进行一定的封装后，并提供一定的值令接口，操作系统通过这些指令管理软硬件资源，并给出可供各种应用软件使用的接口，使其能够完成特定的功能。
计算机系统的层次结构：从物理构成角度，分物理抽象——>电子元件——>模拟电路——>数字电路——>逻辑层——>微体系结构层——>体系结构层——>操作系统——>应用软件
计算机系统的层次结构：从程序员的角度，微指令系统（微程序机器0，由硬件直接执行微指令）——>机器语言（实际机器1，用微指令解释机器指令）——>操作系统（虚拟机器2，用机器语言解释操作系统）——>汇编语言（虚拟机器3，用汇编程序翻译成机器语言程序）——>高级语言（虚拟机器4，用编译程序翻译成汇编语言程序）.
计算机体系结构（机器语言程序员所见到的计算机系统的属性，概念性发的结构和功能特性 ）和计算机组成（实现计算机体系结构所体现的属性）。
1.2计算机的基本组成
冯诺依曼计算机的特点：计算机有五大部分组成、指令和地址以同等的地位存于存储器且可以按照地址寻访、指令和数据使用二进制表示、指令有操作码和地址码组成、存储程序、以运算器为核心
计算机硬件框图

系统复杂性管理方法-3Y：层次化（Hierachy），将被设计的系统划分为多个模块或子模块，模块化（Modularity），有明确定义的功能和结构，规则性（Regularity），模块更容易被重用
一个现实的问题如何使用计算机来解决？首先判断该问题是否是计算机可以解决的问题，若是，则在上机前先建立数学模型，确定计算方法，编制解题程序
指令和数据保存在存储器中。
存储器的基本组成：存储体（大楼）——>存储单元（房间）——>存储元件0/1（床位 无人/有人）。

存储单元：存放一串二进制代码 。
存储字：存储单元肿么二进制代码的组合。
存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每一个存储单元赋予一个地址
对存储单元访问，按地址寻访
MAR：存储器地址寄存器，反应存储单元的个数（memory address regster），相当于指针的大小
MDR：存储器数据寄存器，反映了存储字长，相当于存储数据的的类型，比如int或double

运算器的基本组成和操作过程

加法操作过程

减法操作过程

乘法操作过程（控制器控制指令执行的先后顺序）

除法操作过程

控制器的功能：解释指令（注意不是执行）、保证指令的按序执行
控制器的基本组成：

控制器完成一条指令：取指令（PC寄存器，既程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能PC+1——>PC），分析指令（IR寄存器，既指令寄存器，存放当前欲执行的指令），执行指令（CU,既控制单元）。

主机包含了运算器（ALU，ACC，X，MQ），控制器（CU，IR，PC），存储器（存储体，MAR，MDR），主机加上IO构成了计算机的硬件，则一条指令在在主机上的执行过程分析如下，原图是计算机的组成分布：

一条取数指令的执行过程：

存数指令的执行步骤：

一条程序的运行过程：
（1）将程序通过输入设备送至计算机
（2）程序首地址——>PC
（3）启动程序运行
（4）取指令 PC——>MAR——>M——>MDR——>IR， （PC）+1——>PC
（5）分析指令 OP（既IR的前面部分的操作码）——>CU
（6）执行指令Ad（IR的后面的地址部分）——>MAR——>M——>MDR——>ACC
……
（n-1）打印结果
（n）停机
1.3计算机硬件的主要技术指标
机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU中寄存器位数有关。
运算速度：主频，核数及每个核支持的线程数，CPI（执行一条指令所需的时钟周期数），MIPS（每秒执行的多少百万条指令），PLOPS（每秒浮点数运算次数）。
存储容量（存放二进制信息的总位数）：