模型計算機
- 計算機結構
- 模型計算機中的指令流和資料流
本文主要簡單了解計算機的構成和模型計算機中的指令流和資料流
計算機結構
偉大的電子數字計算機發明人：馮諾依曼，他和他的團隊制造出了世界上第一臺電子數字計算機ENIAC，到現在為止，計算機的體系雖然有重大發展與進步，但仍然沒有完全脫離馮氏計算機體系結構，
1、馮氏計算機體系結構：
a）構成：控制器、運算器、存盤器、輸入設備、輸出設備五大件
b）馮氏計算機兩個重要特點
- 指令和資料均用二進制表示；
- 程式按順序事先存放在存盤器中，并可以逐一取出，
c）馮氏計算機體系結構圖：
圖中方框代表五大功能部件，虛線表示控制信號線（即發送指令或報告狀態的信號線），實線是被處理的資料或物件流動的信號線，
2、從更高的抽象層次來講
現代計算機可以用這樣一個框圖來表示，它由存盤器，中央處理器、輸入輸出設備組成
a) 存盤器：程式、輸入和輸出資料以及計算程序中產生的中間結果都存放在存盤器中
b) 中央處理器：資料通道和控制器
- 控制器或控制單元：控制各個模塊的作業并監視它們的狀態
- 資料通路：按程式的設定進行計算和資料處理
c) 輸入輸出設備：負責程式與資料的輸入與輸出
比如此模型機圖，左邊部分相當于存盤器，右邊部分相當于資料通路，上面部分相當于控制器（沒有包括輸入輸出設備，很容易添加）
簡單介紹一下作業流程（類似大腦與器官的關系）：
該模型機分兩個階段作業，取指與執行
取指：從RAM里取出指令，然后進入指令暫存器，通過指令譯碼器產生各種控制信號來控制各個模塊；
執行：根據控制信號，各個模塊進行自己的作業，
模型計算機中的指令流和資料流
以上圖模型機來講述：
最外圍是總線，是指令與資料傳輸的公共通道，（指令和資料可以先以字面意思理解），1
指令流：存盤器取出——指令暫存器——指令譯碼器——向其他各個電路模塊發出各種各樣的控制信號，這些信號包括（上圖為例）：
- 通用暫存器的控制信號 /WE,RAA1,RAA0,RWNA1,RWBA0
- 函式發生器控制信號 S0~S3,M
- 移位邏輯控制信號 F->BUS,FL->BUS.FR->BUS
- 指令計數器控制信號 LD_PC,IN_PC
- 選擇器控制信號 MADD
- 存盤器控制信號 DL,XL,/CS
- 指令暫存器控制信號 LD_IR
資料流：四種路路徑：
- 存盤器——總線——通用暫存器組——函式發生器——移位邏輯——通用暫存器
- 存盤器——總線——通用暫存器組——函式發生器——移位邏輯——存盤器
- 通用暫存器組——函式發生器——移位邏輯——總線——存盤器
- 通用暫存器組——函式發生器——移位邏輯——總線——通用暫存器
不管是哪種情況，資料流都要經過資料通路（通用暫存器組——函式發生器——移位邏輯），資料通路的作用決定了資料必須經過資料通路
下面聊一下程式執行順序不同時，指令流的不同流動情況，因為指令來源于存盤器，我們先把存盤器了解一下，做個比喻：
存盤器——大樓
存盤單元——房間（編號0-某個最大值）
存盤單元的地址——房間號碼
存盤單元中存放著一條指令，從哪個單元取出指令，是由指令計數器PC決定的；正如一個房間號碼對應一個房間一樣，
兩種流動情況：
- 計數器順序技術，按照順序讀取指令，當陳述句執行時，意味著指令要從存盤器中按順序取出來，先取出第一條，再取出第二條，指令計數器從0開始按順序進行加1計數，先是0，然后是1，再然后是2等等，計數值作為指令存放的地址送到存盤器的地址埠，供取指令時使用，
- 當需要分支時，指令計數器中的計數值失效，程式分支的目的地址從存盤器取出來，然后再送到計數器中，計數器從新的初始值開始繼續計數，
這兩種情況具體采用哪種是由控制器產生的控制信號LD_PC和IN_PC決定的，當LD_PC控制時，新的指令地址匯入計數器；當IN_PC控制時，計數器正常+1，（模型機正常作業情況下IN_PC和LD_PC不能同時控制）
注意：當需要從存盤器中取出資料，注意是資料不是指令，或者要向存盤器存放運算結果時，存盤單元的地址是由通用暫存器組提供的，就是圖中的選擇器的1和2埠（由MADD決定），
指令：一般由運算元和操作碼組成
操作碼：
計算機程式所規定的的要執行的那一部分指令或欄位（通常用代碼表示），其實就是指令序列號，用來告訴CPU需要執行哪一條指令，
指令系統的每一條指令都有一個操作碼，它表示該指令應進行什么性質的操作，不同的指令用操作碼這個欄位的不同編碼來表示，每一種編碼代表一種指令，組成操作碼欄位的位數一般取決于計算機指令系統的規模，
運算元：
運算元指出指令執行的操作所需要的資料的來源，運算元是匯編語言指令的一個欄位，在運算元這個欄位中可以放運算元本身，也可以放操作地址，還可以放操作地址的計算方法，
運算元是指令執行的參與者，也就是各種操作的物件， ??
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