計算機組成原理知識點梳理（一）

注：所學教材為《計算機組成原理(第二版)》 唐朔飛 編著 ; 本次梳理涵蓋內容為：

第一章 計算機系統概論

1.1 計算機系統簡介

1.2 計算機的基本組成

參考內容以及**為書本和csdn博文

計算機系統結構：主要研究軟硬體功能的分配和對軟硬體介面的確定。計算機組成是計算機系統結構的邏輯實現。計算機實現是對計算機組成的物理實現。

第**： 虛擬機器m4（高階語言機器） 用編譯程式翻譯成組合語言程式

第二級： 虛擬機器m3（組合語言機器） 用組合語言翻譯成機器語言程式

作業系統： 虛擬機器m2 （作業系統機器） 用機器語言解釋作業系統

第一級： 傳統機器m1（傳統機器m1） 用微程式解釋機器命令

第零級： 微程式機器m0 （微指令系統） 由硬體直接執行微指令

1

. 計算機由運算器、儲存器、控制器、輸入裝置和輸出裝置五大部件組成
2. 指令(程式)和資料以二進位制不加區別地儲存在儲存器中
3. 程式自動執行

1

. cpu
( central
processing
unit
) **處理器，核心部件為
alu( arithmetic
logic
unit
,算術邏輯單元)和
cu( control
unit
,控制單元)
2. i
/ o
裝置(受
cu控制) 
3. 主儲存器(
main
memory
, mm
)，分為
ram(隨機儲存器)和
rom(唯讀儲存器)
//cpu與mm合成主機，i/o裝置可稱為外部裝置

// 專業術語

1. ad(address) 形式位址
2. dr(data register) 資料暫存器
3. ar(address register) 位址暫存器(mar)
4. ir(instruction register) 指令暫存器
5. br(buffer register) 緩衝暫存器(mbr)
5. id(instruction decoder) 指令解碼器
6. pc(programcounter) 程式計數器
cpu內部結構框圖
過程詳述：
幾乎所有的馮·諾伊曼型計算機的cpu，其工作都可以分為5個階段：
取指令

指令解碼
執行指令
訪訪問數
結果寫回
1

.取指令階段
取指令（
instruction
fetch
， if
）階段是將一條指令從主存中取到指令暫存器的過程。
程式計數器
pc中的數值，用來指示當前指令在主存中的位置。當一條指令被取出後，
pc中的數值將根據指令字長度而自動遞增：若為單字長指令，則(
pc)+ 1
à pc
；若為雙字長指令，則(
pc)+ 2
à pc
，依此類推。
//pc -> ar -> memory
//memory -> ir
2.指令解碼階段
取出指令後，計算機立即進入指令解碼（
instruction
decode
， id
）階段。
在指令解碼階段，指令解碼器按照預定的指令格式，對取回的指令進行拆分和解釋，識別區分出不同的指令類別以及各種獲取運算元的方法。
在組合邏輯控制的計算機中，指令解碼器對不同的指令操作碼產生不同的控制電位，以形成不同的微操作序列；在微程式控制的計算機中，指令解碼器用指令操作碼來找到執行該指令的微程式的入口，並從此入口開始執行。
// { 1.ad
//memory -> ir -> id -> { 2.pc變化 
// { 3.cu（control unit）
3.訪訪問數階段
根據指令需要，有可能要訪問主存，讀取運算元，這樣就進入了訪訪問數（
memory
， mem
）階段。
此階段的任務是：根據指令位址碼，得到運算元在主存中的位址，並從主存中讀取該運算元用於運算。
//ad -> ar -> ad -> memory
4.執行指令階段
在取指令和指令解碼階段之後，接著進入執行指令（
execute
， ex
）階段。
此階段的任務是完成指令所規定的各種操作，具體實現指令的功能。為此，
cpu的不同部分被連線起來，以執行所需的操作。
例如，如果要求完成乙個加法運算，算術邏輯單元
alu將被連線到一組輸入和一組輸出，輸入端提供需要相加的數值，輸出端將含有最後的運算結果。
//memory -> dr -> alu 
5.結果寫回階段
作為最後乙個階段，結果寫回（
writeback
， wb
）階段把執行指令階段的執行結果資料「寫回」到某種儲存形式：結果資料經常被寫到
cpu的內部暫存器中，以便被後續的指令快速地訪問；在有些情況下，結果資料也可被寫入相對較慢、但較廉價且容量較大的主存。許多指令還會改變程式狀態字暫存器中標誌位的狀態，這些標誌位標識著不同的操作結果，可被用來影響程式的動作。
//dr -> memory
6.迴圈階段
在指令執行完畢、結果資料寫回之後，若無意外事件（如結果溢位等）發生，計算機就接著從程式計數器
pc//重複 1~5
//遇hlt(holt on)停止
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