一、現(xiàn)代計算機的組成

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此處主存和輔存可以理解為，內存和外存，內存的特點是讀取速度快但是不利于保存大量數(shù)據(jù)，外存的特點 是讀取速度慢，但是可以存儲大量數(shù)據(jù)

計算機在開機時不會讀取硬盤上的所有數(shù)據(jù)，開機時先讀取的是c盤的數(shù)據(jù)（系統(tǒng)裝在c盤），這樣可以實現(xiàn)計算機的開機速度快

當需要有讀取的文件時，再在內存中開辟一塊空間讀取其他地址的數(shù)據(jù)

二、計算機硬件的工作方式

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* Y=a×b+b，這是高級語言程序員看到的一個視角。但事實上CPU不可能一次性完成這樣的一個復雜運算，它只能先進行乘法，然后再進行加法，這樣的兩大步驟，程序在經(jīng)過編譯等連續(xù)一系列的騷操作之后，可以把這個高級語言翻譯成機器能讀得懂的機器語言，同時會把這段程序裝入儲存
1. 定義abcd4個變量
1. 這個變量存放在地址為5的這個存儲單元中，主存中以二進制的形式來存放
1. b存放在6
1. c存放在7
1. 最后計算的Y，是存放在8這個存儲單元中
- 每一條指令會分為操作碼和地址碼，這樣的兩個部分
- 初:(PC)=0，指向第一條指令的存儲地址
?? ?* 程序運行之前PC會指向0這個位置，把存放在這一位置的條指令取出來執(zhí)行,寄存器的名字后面打一個括號指的是這個寄存器里邊的內容
- 1:(PC)->MAR，導致(MAR)=0
?? ?* PC存放的內容需要通過地址總線把它傳送到mar這個地址寄存器當中，導致mar這個寄存器的值變?yōu)榱?
- 3:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=000001 0000000101?
?? ?* 接下來要訪問的是0號地址所對應的這一串數(shù)據(jù)，同時控制器會通過控制總線告訴主存儲器，這次要進行的是讀操作，接下來主存儲器會根據(jù)mar記錄的這個地址信息，去存儲體里邊找出0號地址所對應的二進制數(shù)據(jù)，并且把這些二進制數(shù)據(jù)放到mdr也就是這個數(shù)據(jù)寄存器當中，這就導致了mdr這個寄存器當中，現(xiàn)在存放的就是想要讀取的第1條指令，一個M表示的是memory，也就是主存儲器
- 4:(MDR)->IR，導致(IR)=000001 0000000101?
?? ?* 現(xiàn)在CPU要的數(shù)據(jù)已經(jīng)放到mdr這計算器當中了，要取走的數(shù)據(jù)是一條指令，所以這條指令也會通過數(shù)據(jù)總線把它放到ir，也就是指令寄存器當中，這就導致控制器的ir這個計算器里邊已經(jīng)存放了此次要執(zhí)行的指令
- 5:OP(IR)->CU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“取數(shù)”指令
?? ?* 這條指令的前邊6個比特是操作碼，這6個比特會被送到CU控制單元里，cu會分析這個操作，就知道0000.它對應的是一條取數(shù)的指令，所以接下來要把這個地址嗎所指明的內存單元里的這個數(shù)據(jù)取出來，并且放到ACC這個計算器當中，這是取數(shù)指令要做的事情
- 6:Ad(IR)->MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=5?
?? ?* 要讀取儲存的這個地址的信息，于是就需要把這個地址碼放到儲存的MAR當中，這就導致此時MAR是等于5，
- 8:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=0000000000000010=2?
?? ?* 主存儲器根據(jù)mar指明的這個地址，去存儲體當中找出5號單元的這些數(shù)據(jù)，并且把這些數(shù)據(jù)放到MDR當中，
- 9:(MDR)->ACC，導致(ACC)=0000000000000010=2
?? ?* a的值是2好最后再控制單元的指揮下，mdr里的數(shù)據(jù)會被傳送到ACC也就累加寄存器當中，到此完成了一個取數(shù)的指令，最終導致a這個變量的值已經(jīng)被我們放到ACC這個計算器當中了
- 上一條指令取指后PC自動+1，(PC)=1;執(zhí)行后，(ACC)=2
?* 之前這條指令執(zhí)行之后導致的效果就是PC此時等于1，然后ACC=2也就是等于a的值
- 1:(PC)->MAR，導致(MAR)=1
- 3:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=000100 0000000110
- 4:(MDR)->IR，導致(IR)= 000100 0000000110
- 5:OP(IR)->CU，指令的操作碼送到CU， CU分析后得知，這是“乘法”指令?
?? ?* 根據(jù)程序計數(shù)器PC所指向的位置取得第2條指令，取指令的過程和之前是類似的，通過這樣的4個步驟把第2條指令放到IR寄存器當中，那取完指令之后就需要分析指定那和之前一樣，會把操作碼這個部分送到CU控制單元，然后經(jīng)過CU分析之后他可以知道000100這個操作碼對應的是一個乘法操作，所以這是一條乘法指令，因此接下來CU會指揮其他部件來協(xié)調的完成這個乘法操作
- 6:Ad(IR)->MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=6?
?? ?* 程序Y=a×b+C，現(xiàn)在這一步，要完成的是a×b的操作，而a這個變量之前已經(jīng)被送到ACC這個計算器里面了，所以現(xiàn)在這一條乘法指令的地址碼指明的是另一個乘數(shù)，b的存放位置，那b存放在6這個位置，所以這一條指定的地址碼會被送到MAR當中指明，要取出的是6號存儲單元里邊的數(shù)據(jù)，
- 8:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=0000000000000011=3?
?? ?* 接下來儲存會根據(jù)MAR所指明的這個地址取出相應的這個數(shù)據(jù),就把B這個變量的值放到了MDR當中，
- 9:(MDR)->MQ，導致(MQ)=0000000000000011=3
?? ?* 接下來b的值會從MDR再通過數(shù)據(jù)總線送到MQ也就是乘商寄存器當中，所以現(xiàn)在B的值已經(jīng)放到MQ里面了
- 10:(ACC)->X，導致(X)=2?
?? ?* 接下來還需要把a的值先放到通用寄存器x當中，當這個CPU執(zhí)行乘法操作的時候，它會把被乘數(shù)放到X這個通用寄存器里邊，
- 11:(MQ)*(X)àACC，由ALU實現(xiàn)乘法運算，導致(ACC)=6，如果乘積太大，則需要MQ輔助存儲
?? ?* 然后把乘數(shù)放到MQ這個乘商寄存器里邊，接下來CU會通過控制線告訴ALU算術邏輯單元，讓它進行乘法運算，ALU會把X和mq里邊存儲的這兩個數(shù)把它們進行一個相乘的操作，然后把最終乘得的結果放到ACC里邊，那這個操作導致ACC里面得到了a，乘以B的值，2*3得6

?? ?* 那大家會發(fā)現(xiàn)和前邊那一條指令相比，其實第1步到第5步這幾個步驟每一步要做的事情都是一模一樣的，只有當CU控制單元分析出這一條指令是乘法指令的時候，接下來的操作就會產生一些區(qū)別，另外和之前說的一樣，當取指令結束之后，PC的值也會自動加一

?? ?* 上一條指令取指后 (PC)=3，執(zhí)行后，(ACC)=7
- 1:(PC)->MAR，導致(MAR)=3
- 3:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=000010 0000001000?
- 4:(MDR)àIR，導致(IR)= 000010 0000001000?
- 5:OP(IR)->CU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“存數(shù)”指令?
- 6:Ad(IR)->MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=8?
- 7:(ACC)->MDR，導致(MDR)=7
- 9:(MDR)->地址為8的存儲單元，導致y=7
? * 就是PC指向了2，也就指向下一條要執(zhí)行的指令，ACC里邊此時存放了上一個運算的結果，也就是a×b的值a×b等于6，接下來執(zhí)行2這個地址存放了這條指令，那前邊的幾個步驟都是一樣的，通過5個步驟可以完成取指令和分析指令的操作，那CU發(fā)現(xiàn)這一次要執(zhí)行的操作碼應該是000011這個操作嘛，對應的是一個加法操作，所以這是一條加法指令，那接下來CU會根據(jù)加法指令的這個執(zhí)行步驟來指揮著其他部件協(xié)調工作好，那這次要計算的是a×B+C而a×B的結果，我們是已經(jīng)存放在ACC當中，所以這個加法指定的地址碼指明的是C這個變量它的存放地址，那C是存放在7這個位置了，剛好把這個二進制數(shù)轉換成十進制就是7，因此接下來要取出7這個地址所存放的數(shù)據(jù)，那么就需要把這個地址碼把它放到MAR地址寄存器當中，接下來組成根據(jù)MAR指明的地址取出相應的這個數(shù)據(jù)，也就把C的值放到了MDR當中，讓接下來這一步會把MDR的值再傳送到通用計算機X當中，也就是說當我們進行加法運算的時候，ACC里邊會先存入被加數(shù)，然后通用計算機X當中會存放加速，也就是C的值，接下來控制單元會向ALU發(fā)送一個信號，告訴他你此次要執(zhí)行的是加法操作，那么ALU算是邏輯單元，就會把ACC和X里面只放的值進行一個相加，并且把價格的結果再次存回ACC當中，因此這就導致了ACC=7，也就是把a×B+C的值存放到了ACC里邊，好，那到此為止，我們完成了第3條指令，

- 上一條指令取指后(PC)=2，執(zhí)行后，(ACC)=6
- 1:(PC)->MAR，導致(MAR)=2
- 3:M(MAR)->MDR，導致(MDR)= 000011 0000000111
- 4:(MDR)àIR，導致(IR)= 000011 0000000111 - ?
- 5:OP(IR)->CU，指令的操作碼送到CU， CU分析后得知，這是“加法”指令?
- 6:Ad(IR)->MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=7
- 8:M(MAR)->MDR，導致(MDR)=0000000000000001=1?
- 9:(MDR)->X，導致(X)=0000000000000001=1?
- 10:(ACC)+(X)->ACC，導致(ACC)=7，由ALU實現(xiàn)加法運算

?? ?* 就是這個加法指令，看到前邊的5個步驟，其實和之前的兩條之內沒有任何區(qū)別。另外再取完指令之后，同樣的也會自動的進行PC +1的操作，也就是PC會指向下一條我們應該執(zhí)行的指令，接下來這條指令的執(zhí)行前面的這些步驟都是一樣的，根據(jù)PC記錄的這個地址取出這條指令并且放到IR指定計算器當中，然后第5個步驟會把這個指令的操作碼把它送到CU當中進行分析，然后CU分析之后發(fā)現(xiàn)000010這是一條純數(shù)的題目，也就是要把ACC里邊的數(shù)據(jù)把它存到地址碼所指明的存儲單元當中，那這個地址碼轉換成10進制應該是8，而把這個存儲單元剛好對應的是y這個變量的存儲位置，那現(xiàn)在ACC里邊存的是7，也就是a×B+C的值好，接下來執(zhí)行這個純屬指令，首先會把這個指令的地址碼部分，把它送到MAR里邊用來指明此次我要存入的是哪一個存儲單元，另外還需要把ACC里邊的運算結果通過數(shù)據(jù)總線把它送到MBR當中，也就是說此時MBR里邊保存了a×B+C的值，并且才是MAR里邊指明了這個值是要存到內存地址為8的這個地方，然后接下來CU控制單元會通過控制總線告訴啊主存儲器，說我此次要進行的是一個存一個寫的操作，于是主存儲器會根據(jù)MDR所指明的地址，把MDR當中的。這個數(shù)據(jù)放到相應的位置當中，這就導致了8號存儲單元它的值變?yōu)榱?，也就是我們最終想要得到的這個結果，Y=a×B+C

- 上一條指令取指后(PC)=4
- 1:(PC)àMAR，導致(MAR)=3
- 3:M(MAR)àMDR，導致(MDR)=000110 0000000000?
- 4:(MDR)àIR，導致(IR)= 000110 0000000000?
- 5:OP(IR)àCU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“停機”指令(利用中斷機制通知操作系統(tǒng)終止該進程)

?? ?* 首先需要取出指令，把這個指令把它取到ir指令寄存器當中，然后接下來要把操作碼部分送到CU里面，然后CU分析發(fā)現(xiàn)，000110這個操作，對應的是停機之靈，所以執(zhí)行到這一步就知道我們的這段程序運行結束了，那學過操作系統(tǒng)的同學知道要停止一個進程的運行，需要通過系統(tǒng)調用或者說通過中斷機制來通知操作系統(tǒng)來終止這個進程，于是接下來執(zhí)行的指令就不是這一系列指令，而是操作系統(tǒng)相關的那些指令，
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机的硬件工作原理（图片部分资源摘自王道考研资料）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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