# 1.概述

## 冯.诺曼计算机硬件

![](/files/-Lr9Fh5fCBdFDjWlw35L)

## 现代计算机硬件

![](/files/-Lr9Fh5lyEUfu18-Lz5p)

系统复杂性管理的方法：

* 层次化：设计的系统划分为多个模块或子模块
* 模块化：有明确定义的功能和接口
* 规则性：模块更容易被重用

## 一元二次方程的程序清单

![](/files/-Lr9Fh5nRx2FFyzeRbfF)

## 计算机解题过程

### 存储的基本组成

#### 存储体

> 要能存储指令和数据，访问时：能取到指令、数据
>
> 存储体存储若干个存储单元
>
> 操作码、地址码，存放在存储单元当中

#### 存储单元

> **按地址寻址访问**，由多个**存储元件(0/1)**构成，存储单元是个电子设备 存放的是**一串**二进制代码

#### 存储字

存储单元中二进制的组合

\>

> 一个存储字可代表一个二进制数，也可代表一串字符，如存储字为0011011001111101，既可表示为由十六进制字符组成的367DH（ASCII码），又可代表16位的二进制数，此值对应十进制数为13949，还可代表两个ASCII码：“6”和“}”。一个存储字还可代表一条指令

#### 存储字长

存储单元中**二进制代码的长度**

\>

> 存储字长：存储单元中的二进制代码（存储字）位数，存储字长可以是8位、16位、32位等。

![](/files/-Lr9Fh5pJ21tV5dkqdaA)

#### MAR、MDR

MDR定义: 全称memory data register主存数据寄存器。反应存储字长

MAR定义: 全称memory address register主存地址寄存器，反应存储单元的个数（大楼100个房间？）

> MAR 4位，则0000-1111，可以有16个存储单元，下图长方体外面
>
> MDR 8位，说明存储字字长是8位，每个MAR地址可以指到一个MDR的数据

![](/files/-Lr9Fh5rNiSY4UglMh_b)

### 运算器结构

> ACC（累加器）在加法中存放被加数/和，在减法中存放被减数/差，在乘法中存放乘积高位，除法中存储被除数/余数
>
> MQ和ACC都是运算器ALU中的部件，在乘法中存储乘数/乘积低位，除法中存商
>
> ALU算术逻辑运算单元

#### 加法操作

> +M：ACC中存储被加数，移动内存单元M的数据，到寄存器X中，两个寄存器中的数通过ALU相加，相加结果保存到ACC

![](/files/-Lr9Fh5tucqbvCciDmjq)

#### 减法操作

同加法

![](/files/-Lr9Fh5v17dqlH7P456o)

#### 乘法操作

> ACC：被乘数、M：乘数的数据
>
> M移到MQ
>
> ACC移到X
>
> ACC清零（乘法是通过累加、移位操作实现的，要有寄存器保存累加内容，所以显然累加器累加前，要清理）
>
> x乘以MQ：高位放ACC，低位放MQ。//表示两个高低位连接关系

![](/files/-Lr9Fh5xo0xqysg9j_vd)

#### 除法操作

> ACC被除数、除数数据M移到X、执行除法的ALU
>
> 商保存到MQ、余数保存到ACC

![](/files/-Lr9Fh5zMDVrUCiadBVC)

### 控制器基本结构

#### 控制器基本功能：

* 解释指令
* 保证指令顺序执行 

#### 完成一条指令需要：

* 取指令：PC（计数器）存放当前**欲执行的指令的地址**，并且具有计数功能。PC=PC+1
* 分析指令：IR（指令寄存器）存放当前**欲执行的指令**，控制单元从IR取出指令操作码进行分析
* 执行指令：CU
* 指令：保存到**存储体**当中

![](/files/-Lr9Fh60nJbgDTVKpNh_)

#### 主机完成一条指令（取数指令）的过程

取数指令为例：

* 1:PC取指令，通过从MAR拿地址，MAR地址到存储体去拿数据，最终拿到存储体中MDR到数据

![](/files/-Lr9Fh62vc0oXdoytTBq)

* 2:取出的指令数据，保存到IR

![](/files/-Lr9Fh64RhL_uy-xhKTd)

* 3:指令操作码送到CU去执行，CU译码后会产生很多信号（下图CU上面的箭头）

这些信号用于控制相应的执行部件去执行指令对应的操作

![](/files/-Lr9Fh66wg1usS_IQDK3)

这里的信号是取数指令：把保存在内存单元M中的数据取到ACC寄存器中。

这个过程会在控制器中执行：从IR中数据地址开始，678（拿到数据）、9（数据放到ACC），4个步骤。

![](/files/-Lr9Fh68EfJqG850F6PE)

#### 主机完成一条指令（存数指令）的过程

> 基本和取数指令一致：
>
> > 12345取到指令并送到控制单元CU
> >
> > 6789在IR/MAR中拿到存的地址，然后把ACC中数据存到地址对应的MDR中，（存了还需要索引到，所以）再反馈（备案、保存）到存储体中（楼管记录进出人员）

![](/files/-Lr9Fh6ApLetSMGz_w6S)

## 一元二次方程运行过程

0：回顾、根据上面的一元二次方程的程序清单执行步骤

1：取数指令，取x到ACC，过程如下（其它取数指令也是这样）（上面控制器完成指令过程的简写过程）

![](/files/-Lr9Fh6CffXH9CyxvVBm)

2：乘a得到ax，然后放到ACC：参考运算器结构中的乘法操作

....

最终打印指令

停机指令

## 计算机硬件指标

### 1.机器字长

> 指的是CPU一次能处理数据的位数
>
> 与CPU中的寄存器（指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）、数据寄存器（DR）、累加寄存器（AC）、程序状态字寄存器（PSW）等）位数有关
>
> 如果长度大完成某操作（64位）只需要一次，否则可能需要8次（8位的话）

### 2.运算速度

> 核数，以及每个核支持的线程数
>
> 指令执行速度：多指令执行时间平均、多指令加权平均（吉普森法）
>
> CPI：执行一条指令需要的时钟周期数（指令平均、加权平均周期）
>
> IPC：一个时钟周期，能执行多少指令
>
> MIPS：每秒执行百万条指令
>
> **FLOPS**：每秒浮点运算次数（同样1秒内，完成多少算法逻辑运算）

### 3.存储容量

![](/files/-Lr9Fh6ExzNoo_2sQaU8)


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