学习视频：2019 王道考研 计算机组成原理

推荐2019版本~

运算器是计算机的执行部件，进行算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与或非异）。

包含以下的主要部件：

运算器的核心是ALU，MQ、ACC、X这三个寄存器是最基本的寄存器。

控制器是计算机的指挥中心，进行协调各部件之间的自动化协调工作。控制器由CU、IR、PC组成：

ALU和CU分别代表了硬件的两种设计方式

ALU：采用组合逻辑的设计方式：例如实现1+1这种亘古不变的逻辑操作，直接得出结果，看到输入就得到输出

CU：采用时序逻辑的设计方式：管理整个操作步骤的安排，简单记录本步的计算结果，然后进行判断，如果没有判断，就会不断的进行下一步下一步控制

存储器是计算机的存储部件，用来存放程序和数据。其中CPU可以直接访问的就是主存（内存条），而辅助存储器，例如平常使用的硬盘、固态、光盘等只是帮助主存存储更多的信息。辅存的信息只有加载在主存中，CPU才可以进行访问。

主存可以分为以下三个部分：

基本工作流程：地址寄存器承接从外部传过来的一个地址，然后通过这个地址定位到存储体当中的某个存储单元，然后将内部的数据自动输出到数据寄存器中暂存，外部的单元再从数据从数据寄存器中取走。整个过程是通过时序逻辑进行控制的。

在现代计算机中MDR和MAR是存在于CPU中的，但是逻辑上仍然是主存的一部分，所以也会有以下的图：

存储器的最小存储单元，存放0或者1。

假如输入端有个0的数据，那开关如果是闭合的，例如在为1的状态下，则0的数据就会通过电路达到输出端。反之亦然。

而存储单元，就是存储元的阵列。

和存储元类似，有一个开关可以同时控制一整行的存储单元，但是此时同时控制的是8个存储元。

比如此时的开关是1，连通电路，则输出端将得到01100110的数据。这么一长串的数据叫做一个存储字，此时的存储字长为8bit，即一个字节：Byte。1Byte == 8bit

而存储单元的阵列，就是存储体。

可以参考：地址和地址译码器

因为CPU是直接与主存打交道的，那CPU输出一个存储器地址到地址总线上面，那这个地址怎么才可以选中一个存储单元呢？这个就是译码器要解决的问题。译码的过程是编码的逆过程，将一长串二进制代码翻译成特定的对象（例如高低电平）。打个比方：地址译码器就像电话系统，打电话时输入电话号码就好比地址，根据输入的电话号码在若干门电话中只有一门电话被选中。

存储体的上一步工序中，就是地址寄存器传来的地址，通过这个地址找到存储体中的存储单元。地址寄存器传来的地址位数反映了存储

元的个数。比如有32个存储单元，而存储单元的地址是用二进制来表示的，那么5位二进制数就可以32个存储单元。那么，MAR的位数

是5位。在实际运用中，我们知道了MAR的位数，存储单元的个数也可以知道了。

对于一个地址寄存器中地址的位数为3位，则对应到存储单元就是 2 3 2^3 23个，如下图所示：

此时的地址码为010，结合38真值表可以得出，存储体中被激活的存储单元（这个词可能用的不对）为序号6，则输出的数据为序号6存

单元中的存储位：00101100。

3-8译码器真值表

键盘鼠标、相机、显示屏、触摸屏…

(PC) --> MAR：将PC中要操作的指令放到主存中的MAR中。

M(MAR) --> MDR：主存根据MAR中的地址码，找到对应的存储单元，将数据暂存至MDR中

(MDR) --> IR：MDR中存储的指令交给控制器中的IR

此时取指令结束

OP(IR) --> CU：从IR中取出指令里面的操作码，交给CU去解析

此时分析指令已经完成，但是仍然没有拿到要处理的数据

Ad(IR) --> MAR：取出IR中指令的地址码，存储到MAR中

M(MAR) --> MDR：主存更绝MAR中的地址码，找到对应的存储单元，将数据暂存到MDR中

(MDR) --> ACC：将数据从MDR中取出交给ACC

执行指令结束

其中，数据和指令是以同等的地位存储到主存中的，从MDR中取出的是指令还是数据，通过指令周期的不同阶段来进行判断！

软件是灵魂、硬件是肉体，两者逻辑上是可以等同的（对于实现一个功能而言）。

机器语言：只有01这种二进制代码，例如0000，0000，000000010000

第一段0000，代表了需要执行的操作，后面两端代表了哪里找数据，对于人来说，显然是看不懂的。。。于是就开始找规律。。。

汇编语言：开始有了助记符，知道编址的规律之后，很容易可以定位到具体的位置，于是人开始让计算机去干查表的活儿，比如LOAD A, 16 ，这条指令的意思：将后面那个16地址所在的数据存到A这个寄存器中。通过汇编程序（汇编器）将汇编语言翻译成机器语言。

完成一个简单的加法操作：

16号单元数据于17号单元数据相加存于17号单元：

LOAD A, 16

LOAD B, 17

ADD C, A, B

STORE C, 17

由于类似这样的操作有很多，于是人又要开始偷懒了。。。。

高级语言：将这种重复的操作通过c=a+b的简单命令让底层去实现，例如C、C++、爪洼等。通过编译程序（编译器）将这种高级语言翻译成汇编语言。总之人越来越懒了。。。

最后发展到以下的五大层次结构