计算机的基本组成
# 计算机的基本组成
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# 冯·诺依曼计算机的特点
EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)
- 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
- 指令和数据用二进制表示
- 指令由操作码和地址码组成
- 操作码指明操作的类型,操作数的类型等
- 地址码指明操作数在内存中的位置
- 存储程序
- 以运算器为中心
# 计算机的硬件框图
- 实线表示数据通路, 虚线表示控制和状态反馈
- 运算器为核心
- 算术运算
- 逻辑运算
- 存储器
- 存放数据和程序
- 控制器
- 指挥程序运行
- 输入设备
- 将信息转换成机和程序器能识别的形式
- 输出设备
- 将信息换成人们熟悉的形式
- 问题
- 层次结构不清晰
- 运算器会非常繁忙, 运算器会成为计算机性能的瓶颈
- 双线箭头表示数据传输
- 问题:层次结构不清晰
- 层次化的结构
# 应对系统复杂性的管理方法 - 2 (3'Y)
- 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(well-defined)的功能和接口
- 规则性(regularity)
- 模块更容易被重用
# 计算机的工作步骤
- 上机前的准备
- 建立数学模型
- 确定计算方法 $$ \begin{aligned} &\sin x=x-\frac{x^{3}}{3 !}+\frac{x^{5}}{5 !}-\frac{x^{7}}{7 !}+\frac{x^{9}}{9 !}-\cdots\ &y_{n+1}=\frac{1}{2}\left(y_{n}+\frac{x}{y_{n}}\right)(n=0,1,2, \cdots) \end{aligned} $$
- 建立数学模型
# 编制解题程序
- 程序 —— 运算的全部步骤
- 指令 —— 每一个步骤
- 右侧程序是对左侧程序的优化
一个指令由操作码和地址码组成
ACC 为寄存器
指令格式没有考虑溢出的情况
计算
的程序清单 - 指令和数据都是保存在储存器中的
# 存储器
图示
相关术语
# 运算器
图示
为了使结果能够保存,需要寄存器来保存数据
- MQ 乘商寄存器
- ACC,累加器
- X, 操作数寄存器
- ALU 算术逻辑单元
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
- 控制器的功能
- 解释指令
- 保证指令的按序执行
控制器结构示意图
- 完成一条指令的步骤
- 取指令 PC
- 保存了指令的地址
- 分析指令 IR
- 保存了当前要执行的指令
- 执行指令 CU
- 核心部分
- 取指令 PC
# 主机完成一条指令的过程
- 运算器,控制器和储存器能够保证一条指令在主机上完成执行
- 多条指令的执行组合在一起,即保证了程序的执行
# 取数指令的执行过程
取数指令的执行过程
# 存数指令的执行过程
存数指令的执行过程
# 程序的运行过程
- 将程序通过输入设备送至计算机
- 程序首地址
- 启动程序运行
- 取指令
- 分析指令
- 执行指令
- …
- 打印结果
- 停机
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