主存儲器的基本構成
類比：菜鳥驛站
情景再現
- 我們（CPU）拿取件號（地址）——給MAR（店員）
- 店員把貨架上的目標包裹（數據）——放到櫃台（MDR）——我最后從櫃台（MDR）取走包裹。
當然，數據可以存入也可以讀出，我們可以取出包裹，也可以存放包裹（臨時），只要告訴MAR（店員）即可。
補充
- 雖然是說邏輯上MAR、MDR屬於主存
- 但是現在的計算機通常把MAR、MDR也集成在CPU內
存儲體內部相關概念
- 存儲單元：存放一串二進制代碼的一個”小格子“、”小區域“
- 存儲字(word)：存儲單元中存放的這一串二進制代碼
- 存儲字長：存儲單元中存放的二進制代碼的位數
- 存儲元：即存儲二進制的電子元件（電容，因為電容可以存儲電荷），每個存儲元可存1bit
比如要在地址 2 存儲數據
-
將要存入的目標地址”2“ 給到MAR
- MAR的位數反映了存儲單元的個數；
- 就像在店員的認知內，這個驛站有多大。
-
將要存放的存儲字給到MDR——所以，MDR 位數 = 存儲字長——櫃台的大小，這里能放多大的包裹
例：存儲體有多大？
-
MAR = 4bit —— 總共有2^4 個存儲單元
-
MDR = 16bit —— 每個存儲單元可存放16bit
B與b
易混淆:1個字節(Byte） = 8bit 1B=1個字節，1b=1個bit
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商家廣告：100Mbps的寬帶
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但它是小寫的b，所以實際上是12.5MB/s
運算器的基本組成
運算器:用於實現算術運算（如:加減乘除）、邏輯運算（如:與或非)
- ACC:累加器,用於存放操作數，或運算結果。
- MQ:乘商寄存器，在乘、除運算時，用於存放操作數或運算結果。
- X:通用的操作數寄存器，用於存放操作數
- ALU:算術邏輯單元，通過內部復雜的電路實現算數運算、邏輯運算
- 各自存放內容：
控制器的基本組成
- CU（Control Unit）：控制單元，分析指令，給出控制信號IR:指令寄存器，存放當前執行的指令
- PC（Program Counter）：程序計數器，存放下一條指令地址，有自動加1功能
- IR（lnstruction Register）：指令寄存器
-
控制器是霸道總裁
-
但是 CU 控制單元是霸道總裁的老婆
-
霸道總裁是個耙耳朵，自然是要聽CU的
指令
完成一條指令：
- 取指令 PC
- 分析指令 IR【以上1、2可以定為一個取指環節】
- 執行指令 CU
計算機工作過程
各寄存器的注釋：
- M:主存中某存儲單元
- ACC、MQ、X、MAR、MDR...:相應寄存器
- M(MAR):取存儲單元中的數據
- (ACC):取相應寄存器中的數據
- OP(IR):取操作碼
- Ad(IR):取地址碼
- |||||||||||||
- 每一個存儲單元是16bit的存儲字長
- 只不過執行的時候，CPU會把它拆解成兩部分、操作碼、地址碼
- 每一次的指令執行過程都分為三個階段：取指令、分析指令、解析指令
CPU區分指令和數據的依據:指令周期的不同階段
在取指令的階段，MDR的內容一定是給IR
但是在執行階段，CU是來決定MDR的數據給ACC、MQ或者是X
例子
int a=2,b=3,c=1,y=0;
void main(){
y=a*b+c;
}//化成如下機器語言
1、取數
- 初:(PC)=0，指向第0條指令的存儲地址
- (PC) → MAR，導致(MAR)=0
- M(MAR)→ MDR，導致(MDR)=000001 0000000101
- (MDR)→IR，導致(IR)=000001 0000000101
- OP(IR)→CU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是”取數“指令
- Ad(IR)→MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=5
- M(MAR)→MDR，導致(MDR)=0000000000000010=2
- (MDR)-→>ACC，導致(ACC)=0000000000000010=2
2、取乘法指令
- 上一條指令取指后PC自動+1，(PC)=1;執行后，(ACC)=2
- (PC)→MAR，導致(MAR)=1
- M(MAR)→MDR，導致(MDR)=000100 0000000110
- (MDR)→IR，導致(IR) = 000100 0000000110
- OP(IR)→Cu，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“乘法”指令
- Ad(IR)→MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=6
- M(MAR)→MDR，導致(MDR)=0000000000000011=3
- (MDR)→MQ，導致(MQ)=0000000000000011=3
- (ACC)→x，導致 (X)=2
- (MQ)*(X)→ACC，由ALU實現乘法運算，導致(ACC)=6，如果乘積太大，則需要MQ輔助存儲
3、執行加法指令
- 上一條指令取指后(PC)=2，執行后，(ACC)=6
- (PC)→MAR，導致(MAR)=2
- M(MAR)->MDR，導致(MDR)= 000011 0000000111
- (MDR)→IR，導致(IR)= 000011 0000000111
- OP(IR)→CU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“加法”指令
- Ad(IR)→MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=7
- M(MAR)→MDR，導致(MDR)=0000000000000001=1
- (MDR)→x，導致(X)=0000000000000001=1
- (ACC)+(X)→ACC，導致(ACC)=7，由ALU實現加法運算
4、存儲數據
- 上一條指令取指后(PC)=3，執行后，(ACC)=7
- (PC)-→>MAR，導致(MAR)=3
- M(MAR)→>MDR，導致(MDR)=000010 0000001000
- (MDR)→lR，導致(IR)= 000010 0000001000
- OP(IR)→CU，指令的操作碼送到CU，CU分析后得知，這是“存數”指令
- Ad(IR)→>MAR，指令的地址碼送到MAR，導致(MAR)=8
- (ACC)->MDR，導致(MDR)=7
- (MDR)→地址為8的存儲單元，導致y=7
5、停機指令
- 上一條指令取指后(PC)=4
- (PC)→>MAR，導致(MAR)=3
- M(MAR)→>MDR，導致(MDR)=000110 0000000000
- (MDR)>IR，導致(IR)= 000110 0000000000
- OP(IR)→CU，指令的操作碼送到cu，CU分析后得知，這是“停機”指令
- 隨后利用終端機制通知操作系統終止該進程。