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1. 概论

1.1 问题引入

等我学完了再回来解释

1.2 计算机系统基本组成与基本功能

冯诺依曼机
核心思想：存储程序
工作方式： 任何要计算机完成的工作都要先被编写成程序，然后将程序和原始 数据送入主存并启动执行。一旦程序被启动，计算机应能在不需操 作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。
主要思想：

• 计算机有控制器、运算器、存储器、输入、输出五个基本部分。
  • 存储器：存放数据和指令，两者形式上没有区别，但是计算机应当能够进行区分
  • 控制器：能自动取出指令来执行
  • 运算器：能进行加减乘除、逻辑运算和附加运算。
  • 输入输出：操作人员的通信方式
• 内部以二进制表示指令和数据。指令由操作码和地址码组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数地址。一串指令组成程序。
• 采用存储程序方式工作。

冯诺依曼结构模型

早期这些部件都是分散方式连接，现在都是用总线方式连接

现代计算机结构模型

CPU：中央处理器
PC：程序计数器
MAR：存储器地址寄存器
ALU：算术逻辑部件
IR：指令寄存器
MDR：存储器数据寄存器
GPRs：通用寄存器组（早期的累加器）

厨房-CPU，厨师-控制器，盘-GPRs，锅灶等-ALU ，架子-存储器
做菜前：

• 原材料（数据）和菜谱（指令）按序放在厨房外的架子上（存储器），每个架子有编号（存储单元地址）
• 菜谱信息：原料位置、做法、做好的菜放哪等
• （数据和指令事先存放在存储器中，每条指令和每个数据都有地址， 指令按序存放，指令由OP、ADDR字段组成，程序起始地址置PC）

开始做菜：

• 从5号架子上取菜谱（根据PC取指令）
• 看菜谱（指令译码）
• 从架上或盘中取原材料（取操作数）
• 开始炒菜（指令执行）
• 装盘送桌（回写结果）
• 算出下一个菜谱所在架子号6=5+1（修改PC值）
• 继续做下一道菜（执行下一条指令）

指令和数据：

• 程序启动前，指令和数据都存放在存储器中，形式上没有差别， 都是0/1序列
• 采用”存储程序“工作方式：
  • 程序由指令组成，程序被启动后，计算机能自动取出一条条的指令执行，在执行过程中无需人的干预。
• 指令执行过程中，指令和数据被从存储器取到CPU，存放在CPU内的寄存器中，指令在IR中，数据在GPR中。
• 指令中需给出的信息：
  • 操作性质（操作码）
  • 源操作数1 或/和源操作数2 （立即数、寄存器编号、存储地址）
  • 目的操作数地址 （寄存器编号、存储地址）
• 存储地址的描述与操作数的数据结构有关！

编译程序(Complier)：将高级语言源程序转换为机器级目 标程序，执行时只要启动目标程序即可

解释程序(Interpreter )：将高级语言语句逐条翻译成机器 指令并立即执行，不生成目标文件。

HelloWorld.c的运行

1. 红色：键盘读入./hello，到达cpu，得到计算结果后放入主存储器中
2. 蓝色：hello可执行文件运行
3. 绿色：从主存储器中拿到数据，最终在显示屏显示