24.10.21

软考学习
1.1 计算机硬件系统基本组成
计算机系统是由硬件和软件组成。计算机的基本硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。
运算器、控制器等部件被集成在一起统称为中央处理单元（CPU）。CPU是硬件系统的核心。

1.2 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是计算机系统的核心部件，它负责获取程序指令，对指令进行译码并加以执行。

1. CPU的功能
   控制器：程序控制、操作控制、时间控制

运算器：数据处理

操作控制：CPU产生每条指令的操作信号并操作信号送往对应的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进行操作。

2.运算器
运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器（AC），数据缓冲寄存器（DR）、状态条件寄存器（PSW）等组成。

（1） 算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit ALU）负责处理数据，实现对数据的算数运算和逻辑运算。

（2） 累加寄存器（AC）统称为累加器，它是一个通用寄存器，其功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。例如，在执行一个减法运算前，先将被减数取出暂存在AC中，再从内存储器中取出减数，然后同AC的内容相减，将所得的结果送回AC中。运算的结果是放在累加器中的，运算器中至少要有一个累加器。

（3） 数据缓冲存储器（DR）在对内存储器进行读写操作时，用DR暂时存放由内存储器读写的一条指令或一个数据字，将不同时间段内读写的数据隔离开来。DR的主要作用为：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站。

（4） 状态条件寄存器（PSW）保存由算数指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，主要分为状态标志和控制标志，例如运算结果进位标志（C）、运算结果溢出标志（V）、运算结果为0标志（Z）、运算结果为负标志（N）、中断标志（I）、方向标志（D）和单步标志等。

3.控制器
控制器用于控制中整个CPU的工作，它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够充分处理异常事件。

（1） 指令寄存器（IR）当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓存寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作，完成所需的功能。

（2） 程序计数器（PC）又称指令计数器。程序的执行分两种情况，一是顺序执行，一是转移执行。在程序开始执行前，将程序的起始地址送入PC，该地址在程序加载到内存时确定，因此PC的内容即是程序第一条指令的地址。执行指令时，COU自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址，由于大多数指令时顺序执行的，所以修改的过程通常只是简单地对PC加1。当遇到转移指令时，后继指令的地址根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量得到，或者根据转移指令给出的直接转移地址得到。

3） 地址寄存器（AR）保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在着速度上的差异，所以需要使用AR保持地址信息，直到内存的读写操作完成为止。

4） 指令译码器（ID）指令包含操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作。指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。