• 主讲人：朱其刚
• 办公室：东216

第1章：计算机系统概论

计算机的基本组成

冯·诺依曼计算机的特点

• 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。
• 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
• 指令和数据均用二进制表示。
• 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在存储器中的位置。
• 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序进行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
• 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组成。

五大部件

• 运算器
• 存储器
• 控制器
• 输入设备
• 输出设备

三大总线

• 数据总线
• 地址总线
• 控制总线

存储器的基本组成

• 存储体
• MAR：主存地址寄存器
  能反映存储单元的个数：MAR位数为n，则存储单元个数为$2^n$
• MDR：主存数据寄存器

例：对于MAR=4位，MDR=8位，存储容量为：

$$2^4*8=128$$

概念区分：

• 存储单元：是CPU访问存储器的基本单位，每个存储单元存放一串二进制代码。
  如：以8位二进制作为一个存储单元，即一个字节。也就是说存储单元的大小是恒定不变的就是一个字节。
• 存储字：一个存储单元中存储的内容
• 存储字长：一个存储单元包含的二进制代码的长度。
  如：字节存储单元（8位为一个存储单元）的存储字长为8。

控制器的基本组成

• PC：PC寄存器
  取指令。存放即将执行的下一条指令的地址，具有计数功能。
• IR：指令译码器
  分析指令。存放当前欲执行的指令；将操作码和地址码分开，操作码传给CU。

主机完成一次指令的过程：

1. PC将指令送至MAR
2. MAR访问存储体中的对应地址
3. 存储体对应地址的指令送至MDR
4. MDR将指令送到IR
5. IR将指令分成操作码和地址码，操作码送到CU
   同时IR将地址码送到MAR
6. MAR根据地址码取出存储器中的对应数据
7. 存储器中的对应数据送到MDR
8. MDR将数据送到ACC中

主机存储一个数据的过程：

1. PC将指令送至MAR
2. MAR访问存储体中的对应地址
3. 存储体对应地址送至MDR
4. MDR将指令送到IR
5. IR将指令分成操作码和地址码，操作码送到CU
   同时IR将地址码送到MAR
6. MAR找到对应地址
7. ACC的数据送到MDR，MDR进行锁存
8. MDR将数据送到第6步中MAR找到的地址

计算机硬件的主要技术指标

机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU中的寄存器位数有关（可以理解为机器字长=CPU中寄存器的大小）

运算速度：

• 吉普森法：$T_M = \sum^{n}_{i=1}f_it_i$
• MIPS：每秒执行x百万条指令（已经被淘汰了）
• CPI：执行一条指令所需时钟周期数
• FLOPS：每秒浮点运算次数

存储容量：存放二进制信息的总位数
主存容量：存储单元个数$\times$存储字长
eg：

注：$1K=2^{10}$