计算机的基本组成

冯·诺依曼计算机的特点

• 计算机由五大部件组成
• 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
• 指令和数据用二进制表示
• 指令由操作码和地址码组成
• 存储程序
• 以运算器为中心

冯·诺依曼计算机硬件框图

输入设备: 将信息转换成机 和程序器能识别的形式
存储器: 存放数据和程序
运算器: 算术运算逻辑运算
输出设备： 将结果转换成人们熟悉的形式
控制器: 指挥程序运行

现代计算机硬件框图

系统复杂性管理的方法-2（3’Y）

• 层次化（Hierachy）：将被设计的系统 划分为多个模块或子模块
• 模块化（Modularity）：有明确定义（well-defined）的功能和接口
• 规则性（regularity）：模块更容易被重用

计算机的工作步骤

上机前的准备
建立数学模型

确定计算方法

编制解题程序
程序 —— 运算的 全部步骤
指令 —— 每 一个步骤

例子如下:

计算 ax^2 + bx + c = (ax + b)x + c 
取x 至运算器中         取x 至运算器中
取x 至运算器中         乘以a 在运算器中
乘以a 在运算器中        加b 在运算器中
乘以ax^2在运算器中      乘以x 在运算器中
取b 至运算器中          加c 在运算器中
乘以x 在运算器中
加ax^2 在运算器中
加c 在运算器中

指令格式举例

操作码	地址码

取数 α                [α] ->ACC 
000001 0000001000
存数 β                [ACC]-> β 
加 γ                  [ACC]+[γ] ->ACC
乘 δ                  [ACC]×[δ] ->ACC
打印 σ                 [σ] ->打印机
停机

存储器的基本组成

MAR存储器地址寄存器反映存储单元的个数
MDR存储器数据寄存器反映存储字长

运算器的基本组成及操作过程

加法操作过程

减法操作过程

乘法操作过程

除法操作过程

控制器的功能

• 解释指令
• 保证指令的按序执行

控制器的基本组成

运算器、控制器、存储器构成了什么

• 一条指令在主机上的完成过程
• 程序在主机上是如何执行的

主机完成一条指令的过程

以取数指令为例

以存数指令为例

ax2 + bx + c 程序的运行过程

• 将程序通过输入设备送至计算机
• 程序首地址——> PC
• 启动程序运行
• 取指令PC ——> MAR ——> M ——> MDR ——> IR,(PC )+ 1 ——>PC
• 分析指令 OP(IR) ——>CU
• 执行指令Ad(IR) ——>MAR ——>M——>MDR——>ACC
• 打印结果
• 停机