计算机结构的简化模型

CPU 与 存储器（主存、内存）之间依靠三条总线传递信息。

• 控制总线　传递控制信号，如读、写、完成等；
• 地址总线　连接 CPU 与存储器两侧各自的 MAR，Memory Address Register；
• 数据总线　连接 CPU 与存储器两侧各自的 MDR，Memory Data Register。

存储器

存储器中有若干个存储单元。

存储单元的 位宽 由设计计算机时对存储器的编址方法确定。如果存储器按字节编址，啧每个存储单元存放 8 位二进制数。

存储单元的地址是唯一的，不同存储单元地址互不相同。

如果地址总线宽度为 n，则 CPU 能管理的存储单元最多为 $$2^n$$ 个。

数据总线宽度一般为存储单元位宽的整数倍。

CPU

控制器

控制器用于控制计算机各部件完成取指令、分析指令和执行指令等功能，主要组成部分如下：

1. 指令寄存器（IR，Instruction Register）　存放“正在执行或者即将执行的指令”
2. 程序计数器（PC，Program Counter）　存放“下一条指令的存储单元地址”，具有自动增量计数的功能
3. 存储器地址寄存器（MAR，Memory Address Register）　在访存时，用于存放“存储单元的地址”
4. 存储器数据寄存器（MDR，Memory Data Register）　在访存时，用于存放“对存储单元读/写的数据”
5. 指令译码部件　对 IR 中的指令进行译码，以确定 IR 中存放的是哪一条指令
6. 控制电路　产生控制信号，在时序脉冲的同步下，控制各个部件的动作

运算器

运算器用于 算术运算 和 逻辑运算。
常见算术运算：加、减、乘、除
常见逻辑运算：非、与、或

核心部件 ALU 用于完成算术运算和逻辑运算，它从端口 X 和端口 Y 获取数据，将运算结果送到端口 Z，将运算结果的状态（零/正负/进位/溢出等）送到标志寄存器。

在运算器中参与运算的数据，从根源上来说都来自于存储器，但存储器与 CPU 之间通信效率低下。因此在 CPU 还有一些 通用寄存器 用于临时存放数据。

内部总线 用于在 CPU 内部各个部件之间传递数据。