计算机组成原理——计算机的基本组成，零基础入门到精通，收藏这篇就够了

网安导师小李

591人浏览 · 2025-10-13 18:10:41

网安导师小李 · 2025-10-13 18:10:41 发布

1.2计算机的基本组成

计算机组成原理专栏

吴恩达深度学习专栏

文章目录

1.2计算机的基本组成
- 一、冯·诺依曼计算机的基本特点
- - 冯·诺依曼硬件框图
- 二、计算机硬件框图
- - 以存储器为中心的计算机硬件框图
  - 现代计算机硬件框图
  - 系统复杂性的管理方法-2（3’Y)
- 三、计算机的工作步骤
- 四、计算机的解题过程
- - 存储器的基本组成
  - 运算器（ALU）的基本组成和操作原理
  - - 加法操作过程
    - 减法操作过程
    - 乘法操作过程
    - 除法操作过程
  - 控制器的结构
  - - 控制器的功能
    - 控制器的基本组成
  - 主机完成一条指令的过程
  - a x 2 + b x + c ax^2+bx+c ax2+bx+c在计算机中的执行过程

一、冯·诺依曼计算机的基本特点

计算机由五大部件组成
指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
指令和数据由二进制表示
指令由操作码和地址码组成
存储程序
以运算器为核心

冯·诺依曼硬件框图

在这里插入图片描述
存在问题：运算器过于繁忙，影响计算机效率

二、计算机硬件框图

以存储器为中心的计算机硬件框图

在这里插入图片描述
双线表示数据的传输

现代计算机硬件框图

运算器ALU+控制器CU=CPU
存储器=主存+辅存
输入设备+输出设备=I/O设备

系统复杂性的管理方法-2（3’Y)

层次化(Hieracy)：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(well-defined)的功能和接口
规范化(regularity)：模块容易被重用

三、计算机的工作步骤

建立数学模型
确定计算方法
编制接替程序
程序——运算的全部步骤
指令——每一个步骤

具体指令：

下一步：将指令和数据保存在存储器之中

四、计算机的解题过程

存储器的基本组成

在这里插入图片描述
存储体——存储单元——存储元件
存储单元：存储一段二进制代码
存储字：存储单元中二进制代码的组合
存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元有一个地址
按地址寻访：
MAR：存储器地址寄存器，反映存储单元个数。
MDR：存储器数据寄存器，反映存储字长。
在这里插入图片描述

运算器（ALU）的基本组成和操作原理

在这里插入图片描述
ACC：累加器，也有寄存器的作用
ALU：算数逻辑单元
MQ:乘商寄存器；由于乘法运算，结果长度变为两倍，因此需要额外寄存器。仅在乘除法中用到。
X：操作数寄存器，存储操作数据

各种运算的具体操作及存储位置如下：
在这里插入图片描述

加法操作过程

初态：通过输入，将被加数保存到ACC中
将内存单元中的加数送到X中：[M]——>X
进行运算并保存：[ACC]+X——>ACC

减法操作过程

类似：
初态 ACC 被减数
[M]——>X;
[ACC]-X——>X

乘法操作过程

乘法过程相对复杂。
初态 ACC 被乘数;
[M]——>MQ;乘数
[ACC]——>X;根据约定，被乘数要放在X中，因此需要这步移位操作
0——>[ACC];因为乘法其实是移位操作，需要空间，因此需要清零
[X] × \times × [MQ]——>[ACC]//[MQ]

除法操作过程

初态 ACC 被除数
[M]——>X;
[ACC] ÷ \div ÷[X]——>[MQ] （余数在ACC中）

控制器的结构

控制器的功能

解释一条指令
保证指令按序执行

控制器的基本组成

完成一条指令：取指令(PC)+分析指令（IR）+执行指令（CU）
PC：程序计数器，用于存放当前欲执行指令的地址。
具有计数功能PC——>PC+1。
IR:指令寄存器，用于存放当前欲执行的指令。
在这里插入图片描述

主机完成一条指令的过程

在这里插入图片描述
以取数指令为例：
第一步，将取数指令传入控制单元：PC->MAR->存储体->MDR->IR->CU
第二步：执行取数指令：IR->MAR->存储体->MDR
存数指令：
第一步，将存数指令发给控制单元：PC->MAR->存储体->MDR->IR->CU
第二步，将IR中存放的地址给存储体，从而告知存数的位置：
IR->MAR->存储体
第三步：将ACC中运算完需要存储的数放入存储体的指定位置之中：
ACC->MDR->存储体

a x 2 + b x + c ax^2+bx+c ax2+bx+c在计算机中的执行过程

将程序通过设备传入计算机
程序首地址->PC
启动程序运行
取指令PC->MAR->存储器->MDR->IR,PC+1->PC
分析指令OP(IR)->CU
执行指令Ad(IR)->MAR->存储体->MDR->ACC
…
停机

以上就是计算机的基本组成，我们也同时了解了它运行的方式。如果有不懂的多用笔写写画画也容易弄懂。

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在这里插入图片描述