计算机硬件基本组成和各硬件工作原理

计算机硬件基本组成可分两大类 1.早期冯若依曼机的结构 2.现代计算机的结构

冯若依曼在研究EDVAC的时候，提出了存储程序的概念 存储程序：指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器中

在计算机系统中，硬件和软件是等效的

1.计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备五大部件组成。 2.指令和数据以同等地位存放于存储器中内，并可按地址寻访 3.指令和数据均用二进制数表示 4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数存储器中的位置 5.指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定的条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。 6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

作用： 输入设备：将信息转换成机器能够识别的形式 输出设备：将结果转换成人们能够识别的形式 主存储器：存放数据和程序 运算器：算术运算和逻辑运算 控制器：指挥各部件，使程序运行

现代计算机以存储器为中心

1.CPU = 控制器 + 运算器 2.主机 = CPU + 主存储器 3.I/O设备 = 辅助存储器 + 输入设备 + 输出设备 I/O设备又可称为外部设备 辅助存储器可以叫做外存

由此可见，现代计算机可以认为由三大部分组成 CPU,I/O设备，主存储器

主存储器有三部分组成：存储体，MAR和MDR。 存储体：存储体由许多存储单元组成，一个存储单元包含若干个存储元件，每个储存元件能够寄存一位二进制代码“0”或者“1”

数据在存储体中按地址存储

一个存储单元可以存储一串二进制代码，这一串二进制代码为一个存储字 这串二进制代码的位数叫做存储字长。 一个存储字代表一个二进制数，也可代表一串字符 存储字长可以为8位，16位，或32位。

MDR(memory address register):存储数据寄存器

MDR位数 = 存储字长 例如：MDR = 16位，每个存储单元可以存放16bit

MAR(memory address register) : 存储地址寄存器 反应存储单元的个数

例如：MAR = 4位， 存储单元的个数为 2 ^4。

特别注意： 1个字节（Byte） = 8bit 1B = 1个字节 ----> 1B = 1Byte = 8bit 1b = 1bit 1个字(word) = 16bit

主存的工作方式：按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存（写入），取（读出）

存储元：也叫做存储元件，存储基元

运算器最少包括3个寄存器(现代计算机内部往往没有寄存器组)和一个算术逻辑单元(ALU). ACC(accumulator) ： 累加器，用于存放操作数和运算结果。 MQ(Multiplier-Quotient Register):乘商寄存器，在进行乘除运算时，用于存放操作数或者运算结果 X:通用的操作数寄存器，用于存放操作数 ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算和逻辑运算。

控制器由CU, IR 和 PC 构成。 CU(control unit): 控制单元， 分析指令，给出控制信号 IR(instruction register):指令寄存器，存放当前执行的指令 PC(program counter):程序计数器， 存放下一条指令的地址，有自动加1的功能。

完成一条指令：主要有3个步骤 1.取指令 2.分析指令 3.完成指令

I/O子系统包括各种I/O设备及相应的接口。