1-4 计算机结构的简化模型

Posted 2020-07-01

 

一、计算机结构的简化模型（模型机）

　　1.模型机包含了CPU和存储器两大部分，中间通过系统总线相连

　　2.系统总线又被细化为控制总线、地址总线和数据总线三个部分

　　3.CPU和存储器（内存，不是硬盘）内部各有自己相应的结构

 

二、先来看存储器（即内存）

　　1.存储单元的位宽由设计计算机时对存储器的编址方法确定。

　　　如果存储器按字节编址，则每个存储单元可以存放8位二进制数

　　2.存储单元的地址是唯一的，不同存储单元的地址互不相同，

　　　CPU若要想访问某个存储单元，必须要通过地址总线给出相应的地址

　　3.若地址总线的宽度为n，则CPU能管理的存储单元最多为2^n个，

　　　如n=32, 即能访问2^nB = 4G

　　4.存储器中含有MAR：

　　　　<1>MAR，Memory Address Register，内存地址寄存器，用于存放CPU正在读或写的存储单元的地址（存的是地址）

　　5.CPU要读写的数据会通过数据总线传送，数据总线的宽度一般为存储单元位宽的整数倍

　　6.对应的数据会存在MDR中：

　　　　MDR：Memory Data Register，用于存放CPU正在读出或写入存储单元的数据（存的是数据）

　　7.最后，控制总线与存储器当中的控制逻辑相连，用于接收来自CPU的读写信号或者向CPU反馈传输已完成的信号

　　8.百度：计算机中的主存数据寄存器（MDR）与主存地址寄存器（MAR）帮助完成CPU和主存储器之间的通信，

　　　　　　MAR用来保存数据被传输到的地址或者数据来源的地址。

　　　　　　MDR则保存要被写入的某个地址单元的数据或者从某个地址单元读出来的数据

　　9.以下是计算机组成原理-唐朔飞-第二版中对MAR和MDR的解释：

　　　　　　为了能实现按地址访问的方式，主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR，

　　　　　　MAR是存储地址寄存器，用来存放欲访问的存储单元的地址，其位数对应存储单元的个数，

　　　　　　（如MAR为10为，则有2^10=1024个存储单元，记为1K）。

　　　　　　MDR是存储数据寄存器，用来存放存储体某单元取出来的代码或者准备送往某存储单元存入的代码，

　　　　　　其位数与存储字长相等。

　　　　　　当然，要想完整地完成一个取或存的操作，CPU还得给主存加以各种控制信号，如读命令，写命令，和地址译码驱动信号等。

　　　　　　随着硬件技术的发展，主存都制成大规模集成电路的芯片，而将MAR和MDR集成在CPU芯片中

 

三、再来看模型机的CPU之控制器

　　1.控制器用于控制计算机各个部件完成取指令，分析指令和执行指令等功能，主要组成部分如下：

　　　　<1>指令寄存器，IR，Instruction Register

　　　　　　用于存放正在执行或即将执行的指令，这个指令是从存储器中取来的，暂时存放在这个寄存器里头

　　　　<2>程序计数器，PC，Program Counter

　　　　　　存放“下一条指令的存储单元的地址”，具有自动增量计数的功能

　　　　<3>存储器地址寄存器，MAR，Memory Address

　　　　　　MAR在访存时用于存放存储单元的地址

　　　　<4>存储器数据寄存器，MDR，Memory Data Address

　　　　　　MDR在访存时用于存放对存储单元读/写的数据

　　　　<5>指令译码部件

　　　　　　对IR中的指令进行译码，以确定IR中存放的是哪条指令

　　　　<6>控制电路

　　　　　　确定指令后，控制电路产生控制信号，在时序脉冲的同步下控制各个部件的动作

 

四、模型机的CPU之运算器

　　　　未完待续...