第一章-计算机系统概述深化

CPU 的五大组成部件

1. 运算器（ALU）

   • 功能：执行算术和逻辑运算

   • 组成：

     • 算术逻辑单元（ALU）

     • 操作数寄存器

     • 通用寄存器

     • 状态寄存器（PSW）

2. 控制器

   • 功能：

     • 控制指令的取指、译码、执行过程

3. 寄存器组

   • 常见寄存器包括：

     • AX、BX、MX、AR、MR、DR、PSW、PC、IR

     • 功能举例：

       • PC（程序计数器）：存放下一条指令的地址

       • IR（指令寄存器）：存放当前执行的指令

       • PSW（程序状态字）：记录状态信息

4. 高速缓存（Cache）

   • 作用：缓解 CPU 和主存之间的速度差异，提升运行效率

5. 内部总线

   • 连接 CPU 内部各模块的数据传输通道

关于存储器和数据传输的一些补充知识：

• MAR（地址寄存器）位数 = 地址位数 = 地址线位数

  • 即 MAR 的位数由计算机地址总线宽度决定。

• 指令字长与 MAR 位数关系不大，通常以 8bit 为单位，但二者设计相互独立。

• MDR（数据寄存器）位数 = 数据线位数，取决于机器类型：

  • 小型机：可能等于存储字长

  • 大型机：通常等于机器字长

• 机器字长：指 CPU 一次可处理的二进制整数数据的位数

  • 现代计算机中：机器字长 > 存储字长

  • 通常情况下，MDR 位数 ≈ 机器字长

• 数据传输路径说明：

  • 数据从存储器中读取时，先通过数据线进入 MDR，然后传送到 ALU 进行计算

  • 若 CPU 的机器字长增加，数据线位数也需相应增加，MDR 位数也要扩大以适应更大数据量的传输

编程语言的翻译方式

• 编译程序（编译器）

  • 将高级语言程序翻译为机器语言程序

  • 可分为两种路径：

    1. 高级语言 → 汇编语言 → 机器语言

    2. 高级语言 → 机器语言（直接）

• 解释程序（解释器）

  • 将源程序逐条语句翻译为机器指令，并即时执行

  • 特点：不生成独立的机器代码，执行效率较低但灵活性高

• 汇编程序（汇编器）

  • 将汇编语言程序翻译为机器语言程序

• 注意：汇编指令不能被计算机直接执行，必须先由汇编器转译为机器码

相联存储器（Associative Memory / Content Addressable Memory）

• 特点：支持两种访问方式

  1. 按地址访问：类似普通内存

  2. 按内容访问：提供数据内容，系统在所有存储单元中并行搜索，找到数据所在位置