计算机组成原理——基础入门总结（一）

本帖更新一些关于计算机组成原理的重点内容。由于博主考研时并不会考这门课，但是考虑到操作系统中又很多重要晦涩的概念涉及很多诸如内存、存储器、磁盘、cpu乃至各种寄存器的知识，此处挑选一些核心的内容总结复盘一遍——实现声明：本帖的内容注重知识扩展，而非纯应试~

配套课程：王道考研

一.计算机的发展

计算机系统=硬件+软件（硬件决定了性能天花板，而软件又决定了能将性能发挥到什么程度~）

计算机在处理数字计算时，本质上是在处理一系列电信号，逻辑原件是处理电信号的最小单元

发展历史：

1946年：埃尼亚克（ENIAC）——因为军事应运而生（电子管时代1946-1957）
晶体管时代（1958-1964）：体积、功耗降低；出现面向过程的程序设计语言；操作系统的雏形出现
中小规模集成电路时代（1965-1971）：规模进一步缩小，可靠性进一步提高，各种高级语言发展迅速，开始出现分时操作系统
超大规模集成电路时代（1971-至今）：出现微处理机（CPU）以及个人计算机（PC），同时出现Windows等各种耳熟能详的操作系统

自从奔腾系列开始，CPU基本上进入64位的字长~

java与Python等语言是更适合于网络环境的编程语言。

二.计算机硬件的基本组成

为了解决ENIAC需要手动接线的弊端，冯诺依曼第一次提出了存储程序的概念！

本质在于——解决了手动操作的缺点。

如上是冯诺依曼体系结构。

（所谓软件与硬件在逻辑上等价，要联想OS中临界区用软件和硬件实现互斥的两种对立情况！）

特点：

1.计算器由五大部件组成

2.指令和数据以同等地位存放于存储器，可按地址寻访

3.指令和数据用二进制码表示

4.指令由操作码和地址码组成

5.出现存储程序

6.以运算器为核心！

进化：现代计算机以存储器为核心！

而当大规模集成电路出现后， 运算器和控制器往往集成在一个芯片上：

而这个芯片就是常说的——CPU。

注意：主存即所谓的内存~

而辅存（存储、磁盘），本质上应该归结为IO设备~

三.硬件工作原理

1.主存储器

存储字长通常情况下为8个bit的整数倍~

存储元的实现细节本质上是依靠电容实现的。

MAR位数决定存储体的个数
MDR的位数决定存储单元的存储字长

易混淆：

字节：Byte，即1Byte=8bit（1字节对应8比特）
字：每个存储单元可以存放比特的位数——即存储字长,大小由寄存器本身决定

注意：ISP（运营商）所提供的100兆宽带，单位是100Mbps，其中的b象征的是bit而并非字节，换算下来将近12.5MB每秒，结合计网的知识，带宽只是理想状态下的网速，因此假使办理的宽带为所谓的1000兆，实际上的最高网速也只有125MB/s，而在实际使用时，可能达到20MB已经是最大值了~

2.运算器

核心在于ALU——算术逻辑单元，造价很高。

3.控制器

核心在于CU。

高级语言代码的执行原理均为一连串的二进制码组成（机器指令）。

如上图，解下来通俗地描述一下CPU实现a=2赋值这一过程的背后原理：

首先，程序计数器PC指向下标为0的第一条指令，因此根据序号下标来寻找这条指令的内容，即把存储地址发送给MAR。
然后MAR根据给出的地址，去存储体中找到完整的指令内容
存储体将指令送给MDR
MDR再将指令传送给指令寄存器IR
IR将指令的操作码部分传递给CU，即指明了该条指令需要实现什么样的功能
IR再将指令的地址码传给MAR，即寻找该条指令所需要的数据所对应的地址！
以此类推第2步
以此类推第3步
MDR将数据传送给ACC，即累加器