Computer Architecture

Week 5 notes

CPU 通常由两部分组成：

• ALU(Arithmatic Logic Unit)：算术、逻辑运算
• Registers：为上述的运算存储数据

Memory 通常由两部分组成：

• Program：存储计算机指令
• Data：存储执行指令所需要的数据

整个系统中存在着三种类型的管线：

• Data 数据管线
• Address 地址管线
• Control 控制管线

这三种管线统称 BUS（Binary Unit System，总线）

• Data Bus（数据总线）用于传输 ALU 运算所需的操作数（输入数据）以及运算完成后的结果（输出数据）。
• Control Bus（控制总线）用于传输控制信号，包括：
  • 指定 ALU 执行的运算类型（如加法、减法、与运算等）
  • 控制跳转逻辑（例如依据标志位决定是否跳转）
  • 其他协调 CPU 各部分协同工作的信号

• Data Bus：寄存器同样需要与其他部分的数据交互
• Address Bus: 传递，管理寄存器的地址信息，是访问寄存器的通道

• Data Bus: 负责数据的交互
• Adress Bus：指定哪一个内存单元会参与工作
• Program part 同时需要 Control Bus 来协调指令相关的各个部分

计算机整个过程：

1. Fetch
2. execute
3. redo the loop

Fetch 指从 Memory 中获取计算机指令的整个过程。具体的过程：

1. 将下一条指令的位置放入 Memory 中存储地址的部分
2. 通过读取该位置对应的 Memory 内容来获取指令

Fetch 中保存下一条指令位置的部分被称为 Program counter。大多数情况下，由于下一条指令都是紧接着当前指令，因此通常 Program counter 会通过当前值加一的方式获取下一条指令的地址。

• 指令的具体内容控制执行的内容
• 计算机通过相关 bits （的子集）来控制不同的操作（使用 control BUS）