Computer Architecture
Week 5 notes
Von Neumann
Element
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
Information Flows
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）
ALU 需要的 BUS
- 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
寄存器需要的 BUS
- 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
Memory 需要的 BUS
- 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
The Fetch-Execute Cycle
计算机整个过程：
- Fetch
- execute
- redo the loop
Fetch
Fetch 指从 Memory 中获取计算机指令的整个过程。具体的过程：
- 将下一条指令的位置放入 Memory 中存储地址的部分
- 通过读取该位置对应的 Memory 内容来获取指令
The program counter
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。
Exectue
- 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）