第一讲 计算机基本结构（Basic Components of

内容要点：冯·诺伊曼结构，计算机执行指令的过程

冯-诺依曼结构的要点

1. 计算机应由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备共5个部分组成

   1. 运算器（CA）：central arithmetical

   2. 控制器（CC）：central control

      CA+CC =>CPU

      地址总线，数据总线，控制总线

   3. 存储器（M）：memory

      => 主存，显卡 北桥

      （现在多数PC将主存控制器和PCIe显卡都移到了CPU，取消了北桥）

   4. 输入设备（I）：input

   5. 输出设备（O）：output

      => I/O 南桥

      => 外部记录介质（R）BIOS芯片：basic input/output system

2. 数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由存储器的地址指定

3. 计算机在工作时能够自动得从存储器中取出指令加以执行

4. ......

主存的组织形式

计算机执行指令的主要步骤

• 第一步：取指（Fetch）

  • 控制器（CC）将指令的地址送到存储器（M）
  • 存储器按给定的地址读出指令内容，送回控制器

• 第二步：译码（Decode）

  • 控制器分析指令的操作性质
  • 控制器向有关部件发出指令所需的控制信号

• 第三步：执行（Execute）

  • 控制器从通用寄存器（Register）或存储器中取出操作数
  • 控制器命令运算器（CA，比如ALU）对操作数进行指令规定运算

• 第四步：回写（Write-back）

  • 将运算结果写入通用寄存器或存储器

系统芯片（System-on-a-Chip，SoC）：

• 将计算机或其他电子系统集成为单一芯片的集成电路

• 在智能手机、平板电脑等移动计算设备上得到广泛应用

Quiz

• 在指令的取指阶段，CPU中的MDR的内容会送到哪里？
  • IR
• 执行一条指令的全过程中，指令的编码会出现在CPU中的哪些部件？
  • MDR，IR
• 现代计算机主存储器一般是以什么单位来进行划分的？
  • 字节（Byte）
• Intel4004：
  • 晶体管数量为2250，10微米制造工艺
  • 面积为4.2mm*3.2mm
  • 字节为4位，主频740KHz
  • 1971年诞生，世界上第一个商业微处理器