请结合计算机硬件论述指令执行的过程,【计算机组成原理】计算机软硬件组成...

文章目录

分层结构

软件系统

硬件系统

I/O设备

控制器

存储器

运算器

先上张图,对计算机的软硬件组成有个大体的认识,接下来就是掰开揉碎这张大图ψ(`∇´)ψ,本文绝大多数图片均为手绘

c33465c84990d4e4405c7a6efc0b7448.png

分层结构

86742b62c2985bb0d4e9969bc92c3908.png

其中操作系统的重要性不言而喻,也就是虚拟机M2。对于大工作量的处理,电脑会经常死机,这是因为有些语言程序已经被系统保存,在执行新的工作的时候会重新调用这些语言程序,由于程序相同,原本储存在系统中的程序会被新程序覆盖,而这样的操作,数量级一上来计算机死机就是避免不了的了,M2的作用就是代替开发者协调与管理底层的调用,预防死机的状况。

软件系统

计算机软件分类

①系统软件:管理整个计算机系统,使系统资源得到合理运用。主要有OS,DBMS等。比较大众的是巨硬windows、MacOS、Android,还有开发者专用的Linux。

②应用软件:通过系统软件提供的接口,完成用户指定的任务。常用的有QQ,Alipay,WeChat……

计算机工作过程

1)将数据与程序装入主存

2)将 源程序 转换为 可执行文件

3)从 可执行文件 的首地址开始逐条执行指令

源程序 转换为 可执行文件****:

7a6ec802149b6a0d7504a487d5e8c528.png

执行指令过程就请各位跳到控制器的介绍部分进行详细了解

e05e3d3b7b9abede0890b25428bcf2d3.png

硬件系统

52cc227071044d4ae38906fa59a94693.png

此主机非彼169cc3460a9851ce5ec2d91c927eabbd.png,我们常用的台式电脑主机经过长期的发展,组成以及性能上已经非常成熟(风扇,水冷,硬盘……),而上图中说到的主机是在概念上对其进行的定义,下图是对主机的一个拆分概念图:

876c5b959fbf03cf8fb5ec9199553258.png

跨过早期的 冯机 设计,来到最新的现代计算机结构理念,但是思想不变。

以下都是用白话解说,要背准确概念切勿模仿

I/O设备

6899332efdaba5ba1cd96a1a3f892881.png

输入设备:将程序和数据输入计算机。也就是能把我们平时能够操作的信号转换成电信号传给计算机,常见的有:鼠标、键盘、触摸屏……

输出设备:将计算机的计算结果以规定的形式输出。

其中类似于多功能打印机的设备既能输入也能输出。

辅存的话就是能辅助主存存储数据的设备,常见的有:U盘,机械/固态硬盘以及近几年的高内存移动硬盘etc.

控制器

作为整个硬件系统的主脑,能够基于每个部件的实际需求来下达相关指令,信息的传播与接收都是双向的。

1d4ce40b74c4d39ec009e09badabc839.png

9d81553388ee20dba204674235860139.png

上图谈到了很多次指令一词,顾名思义就是计算机下达的命令,由操作码和地址码两部分拼接组成f3aba00c3f654a8cab5bc02af8ec90d7.png

操作码:决定操作的序列

地址码:表示操作数在存储器中的位置

35d416c27836c1229a9fcaaad0831c3f.png

指令执行过程:

1)取指令:PC→MAR→M→MDR→IR

程序中第一条指令的地址位于PC中,从PC取出第一条指令到IR,将PC的内容送到MAR,MAR中的内容直接送地址线,同时控制器将读信号送读/写信号线,主存根据地址线上的地址和读信号,从指定存储单元读出指令,送到数据线上,MDR从数据线接收指令信息,并传送到IR。

2)分析指令:OP(IR)→CU

指令译码并送出控制信号。控制器根据IR中指令的操作码,生成相应的控制信号,送到不同的执行部件,这里IR是取数指令,因此读控制信号被送到总线的控制线上。

3)执行指令:Ad(IR)→MAR→M→MDR→ACC

取数操作。将IR中指令的地址码送到MAR,MAR中的内容送地址线,同时控制器将读信号送读/写信号线,从主存指定存储单元读出操作数,并通过数据线送至MDR,再传送到ACC。

注:

每次取指令结束,需要为取下一条指令做准备,形成下一条指令地址:(PC)+1→PC

(PC),(MDR)……

括号表示括号中位置存放的内容(括号最好不要省略)

OP(IP)

(IP)表示从指令寄存器中取数送到CU,OP表示取指令的前边操作码部分

Ad(IP)

(IP)表示从指令寄存器中取数送到MAR用以取操作数,Ad表示取指令的后边地址码部分

指令其本质上是一串01代码(二进制码),和数据以同等地位储存在存储器中,一般情况下是按照顺序存放并顺序执行,但在特殊条件下可根据设定改变执行顺序,并按照地址寻访,

36185bdeee02cbdae76fee22a05a7fa9.png

其中由控制器发出的控制信号可以:

控制修改PC以得到下一条指令的地址;

控制ALU执行运算的方式;

控制主存进行读操作 或是 写操作。

存储器

近现代整个硬件系统的中心,通过控制器给予的指令,进行批量存储和释放程序和数据,可存储包括:

①输入数据

②经过运算器运算过后的中间数据

③最终运算结果数据

存储器分为两部分:主存和辅存。其中主存就是我们常说的内存,CPU能直接访问;辅存,顾名思义是用来协助主存存储额外程序和数据的,也可以被看作是I/O设备,只有将辅存的内容调入主存才能够被CPU访问,不能被直接访问。

主存:时序控制程序

按存储单元的地址进行存取(按地址存取方式),其中存储体存放二进制信息是按内容访问的。

ab9498dc4a8046111c98d552f4dfc357.png

MAR:

用于寻址,其位数=存储单元个数,与PC长度相等。

eg:MAR是10位,则有210=1024个存储单元,记1K

MDR:

位数与存储字长相等,一般是字节二次幂的整数倍。

存储体的基本结构:

由众多存储单元组成,每个存储单元包括若干存储元件,每个元件存储一个二进制码(0,1)。依次类推一个存储单元就是一串二进制码,这串二进制码称为存储字,位数称为存储字长(1B或是字节的偶数倍)

9927b35d20bf0b084c86a9268bd5d930.png

译码器:

这里推荐视频讲解

16974f81fd2d2adae1020e4f6418dd30.png

在概念上MAR,MDR是主存的一部分,但是在实际安装中MAR,MDR,Cache(高速缓存)被安装与CPU中,与主存三线连接:

a77a8e037db1446105b36c835b89697e.png

其中CPU与主存之间有一条总线相连,总线中有地址、控制、数据3组信号线。MAR中的地址信息会直接送到地址线上,用于指向读/写操作的主存存储单元;控制线中有读/写信号线,指出数据是从CPU写入主存还是从主存写入CPU。如果是读操作,将MDR中的数据直接送到数据线上;如果是写操作,将数据线上的数据收到MDR中。

运算器

通过控制器传入的运算方法,对存储器传来的数据进行算数运算和逻辑运算

b85cfef3a8402ba58889ab4f73ba0098.png

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/511838.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

HMS数据库设置和优化

简介:Hive Metastore (HMS) 是一种服务,用于在后端 RDBMS(例如 MySQL 或 PostgreSQL)中存储与 Apache Hive 和其他服务相关的元数据。本文主要分享HMS数据库设置和优化 设置 Metastore 数据库 如果您有本地集群,则需…

F5:API 网关、流量网关发展各异,推出NGINX企阅版提供开源软件+企业级服务

作者 | 宋慧 出品 | CSDN 云计算 全球 80%互联网流量经过的 NGINX,全球有超过 4 亿个域名使用 NGINX 为载体,NGINX 无疑是成功的开源网关产品。 近日,F5 宣布 NGINX 在社区开源版本基础之上,推出NGINX企阅版(NGINX Op…

Spring Boot Serverless 实战系列“架构篇” 首发 | 光速入门函数计算

简介:如何以 Serverless 的方式运行 Spring Boot 应用? 作者 | 西流(阿里云函数计算专家) Spring Boot 是基于 Java Spring 框架的套件,它预装了 Spring 一系列的组件,开发者只需要很少的配置即可创建独立…

北京计算机一级2020,2020北京市一级计算机基础及MS Office应用考试在线自测试题库(不限设备,登陆即可做题)...

&nbsp&nbsp[导读]:2020北京市一级计算机基础及MS Office应用考试在线自测试题库(不限设备,登陆即可做题),更多北京等级考试报名时间、考试时间以及考试模拟试题,请访问易考吧北京等级考试栏目2020北京市一级计算机基础及MS Office应用…

实现 消息提醒图标_用了5年苹果手机都不知道,原来小汽车图标是这个意思 ! ! !...

阅读本文前,请您先点击上面的“蓝色字体”,再点击“关注”,这样您就可以继续免费收到文章了。每天都会有分享,都是免费订阅,请您放心关注。注图文来源网络,侵删 …

技术分享:从双11看实时数仓Hologres高可用设计与实践

简介:本文将会从阿里巴巴双11场景出发,分析实时数仓面临的高可用挑战以及针对性设计。 2021年阿里巴巴双11完美落下为帷幕,对消费者来说是一场购物盛宴,对背后的业务支撑技术人来说,更是一场年度大考。在这场大考中&a…

操作系统如何实现:什么是宏内核、微内核

作者 | 陆小凤来源 | 码农的荒岛求生操作系统和普通的大型应用程序项目类似,都涉及代码组织方式的问题,但操作系统的独特之处在于其核心部分必须运行在内核态,kernel model,所谓内核态严格讲是指在该状态下程序拥有对硬件(hardwar…

雷神开机logo更改_九代酷睿i9加持的性能怪兽 雷神911黑武士Ⅱ评测

随着英特尔9代酷睿CPU的到来,品牌台式机也逐渐迎来了全新的升级,各大厂商也竞相抢占台式整机市场。而对于DIY组装机来说,相对于玩家门槛和售价又相对较高。国产台式机品牌雷神也抓住了这次契机,推出了“911黑武士”的第二代“911黑…

阿里云高级技术专家周晶:基于融合与协同的边缘云原生体系实践

简介:2020年 5G 商用元年以来,各种边缘场景开始火热起来,边缘计算又重回人们视野,这次的回归还伴随着云计算的普及与通信技术的颠覆式发展。边缘云作为 5G 与中心云计算的中继节点,处于云网融合、承上启下的关键位置。…

计算机毕设最快多长时间,大学几年快结束了,计算机毕设到底该怎么做?

该楼层疑似违规已被系统折叠 隐藏此楼查看此楼计算机的毕设与其他不同,计算机的毕设具有很大的跳跃性。学校教给我们的东西是C/C/Java最基本的语法,而我们的毕设却是一套完整的系统。这造成了很多同学拿到毕设题目时一脸懵逼的问题。针对这种情况&#x…

进程调度:我太难了!

作者 | 轩辕之风O来源 | 编程技术宇宙1、任务切换现在有一块CPU,但是有两个程序都想来执行,我们需要开发一个任务调度程序。只有两个程序,so easy啦!让它们交替执行就行了。为了实现切换,我们提供一个API,这…

阿里千万实例可观测采集器-iLogtail正式开源

简介:11月23日,阿里正式开源可观测数据采集器iLogtail。作为阿里内部可观测数据采集的基础设施,iLogtail承载了阿里巴巴集团、蚂蚁的日志、监控、Trace、事件等多种可观测数据的采集工作。iLogtail运行在服务器、容器、K8s、嵌入式等多种环境…

重启报错_Win10蓝屏,提示收集错误信息,反复重启报错

操作步骤:电脑为Win10系统,偶尔遇到微软Win10检测机制收集错误信息的提示,需要重启,重启之后恢复正常,但是在使用过程中收到此报错之后机器会反复的重启蓝屏提示。您可参考以下方式调试:方案一:1、按下“Wi…

一款跑在云上的定制容器专属 OS 来了——LifseaOS | 龙蜥技术

简介:如果可以把运维 API 化,那我们是不是可以把 OS 也作为一个 K8S 可以管理的资源,让 K8S 像管理容器一样管理OS? 引言 在 2021 年 10 月的云栖大会上,为云原生而生的 OS Lifsea 正式对外发布,并集成进入…

小学学校计算机室财产登记册,小学财产登记制度

小学财产登记制度一、建立财产登记制度。一是建立公共财物借、还登记制度。凡是向公共财物管理责任人借、还公物,均记录好借、还公物的品种数量及日期和其它应有的说明。凡有损坏或遗失,借物人须照价赔偿或负责维修好。登记薄将作为档案予以保存备查。二…

亚信安全发2021财报: 营收增长30.82%,云安全、终端安全核心产品收入增幅明显

供稿 | 亚信安全 4月28日晚间,亚信安全披露2021年年度报告,报告显示:亚信安全实现营业收入16.67亿元,较上年同期增加30.82%;归属于母公司所有者的净利润1.79亿元,较上年同期增加4.88%;归属于母公…

使用云效Codeup10分钟紧急修复Apache Log4j2漏洞

简介:2021年12月10日,国家信息安全漏洞共享平台(CNVD)收录了Apache Log4j2远程代码执行漏洞(CNVD-2021-95914),此漏洞是一个基于Java的日志记录工具,为Log4j的升级。作为目前最优秀的…

mysql时间相减得到天数保留两位_【敲黑板!】分布式事务数据库 —-MySQL 数据库开发规范(第四节)...

今天Amy着重为大家讲解一下关于函数的一些硬核知识,也是本文中非常重要的一个章节,记得认真看(dianzan)哦~第四节、函数4.1 字符串连接函数MySQL 数据库中字符串连接方法,需使用 CONCAT() 或 CONCAT_ WS()函数&#xf…

3类代码安全风险如何避免?

简介:企业和开发者在解决开源依赖包漏洞问题的同时,还需要考虑如何更全面地保障自己的代码数据安全。那么有哪些安全问题值得我们关注呢? 编者按:本次 Apache Log4j2 开源依赖包漏洞为所有人敲响警钟,企业的代码作为最…

多媒体计算机辅助教学与课件制作,清华大学出版社-图书详情-《计算机辅助教学多媒体课件设计制作与应用》...

随着计算机的普及和教育教学手段的现代化,为了提高教学水平、教学质量和教学效率,培养学生的综合素质,广大教师和学生迫切需要掌握多媒体课件制作技术,应用多媒体课件辅助教学已经成为当今教师必须具备的一种能力。计算机辅助教学…