2.12冯诺依曼体系,各功能部件作用,简要工作流程

  • 1)计算机由哪几部分组成?以哪部分为中心?
  • 2)主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?为什么?
  • 3)翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序有什么差别?各自的特性是什么?
  • 4)不同级别的语言编写的程序有什么区别?哪种语言编写的程序能被硬件直接执行?

计算机系统=硬件+软件

计算机系统由硬件系统和软件系统共同构建起来

计算机语言的发展经历了面向机器的机器语言和汇编语言面向问题的高级语言。其中高级语言的发展真正促进了软件的发展,它经历了从科学计算和工程计算的 FORTRAN、结构化程序设计的 PASCAL面向对象的C++适应网络环境的Java

同时,直接影响计算机系统性能提升的各种系统软件也有了长足的发展,特别是操作系统,如 Windows、UNIX、 Linux等。

可以分为:

  • 电子模拟计算机和电子数字计算机。

数字计算机又可以按照用途分为:

  • 专用计算机和通用计算机
  • 通用计算机又分为:巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机6类

按照指令和数据流可以分为:

单指令流和单数据流系统(SISD),即传统的冯·诺依曼体系结构。
单指令流和多数据流系统(SIMD),包括阵列处理器向量处理器系统。
多指令流和单数据流系统(MISD),这种计算机实际上不存在。
多指令流和多数据流系统(MIMD),包括多处理器和计算机系统。

什么是存储程序原理?按此原理,计算机应具有哪几大功能?

“程序存储”:指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中,然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令,以后就按该程序的规定顺序执行其他指令直至程序执行结束。即按地址访问并顺序执行指令

计算机按照此原理应具有5大功能:数据传送功能、数据存储功能、数据处理功能、操作控制能、操作判断功能

最根本的特征是采用“存储程序”原理,基本工作方式是控制流驱动方式!

  • 冯诺曼体系结构特点:
  1. 计算机硬件系统由五大部件组成(存储器、运算器、控制器、输出设备、输入设备)
  2. 指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访
  3. 指令和数据用二进制表示
  4. 指令由操作码和地址码组成
  5. 存储程序
  6. 运算器为中心

现代计算机组织结构以存储器为核心,原始的以运算器为核心 

主机:主存、运算器、控制器

<1> 输入设备,是指将外部信息以计算机能读懂的方式输入进来,如键盘,鼠标等

<2> 输出设备,就是将计算机处理的信息以人所能接受的方式输出出来,比如显示屏,打印机。

<3> 存储器,存储器分为 主存储器(内存储器,CPU能直接访问)和 辅助存储器(外存储器,协助主存储器记忆更多的信息,辅助存储器的信息需要导入到主存储器中,才可以被CPU访问)。

主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存,这种存取方式称为按地址存取方式(相联存储器既可以既可以按照地址寻址,又可以按照内容寻址,为了与传统存储器区别,又称为内容寻址的存储器!)

主存储器是由地址寄存器(MAR),数据寄存器(MDR),存储体,时序控制逻辑,地址寄存器存放访存地址经过地址译码后找到所选的存储单元。数据寄存器,是存储器与其他部件的中介,用于暂存要从存储器读或写的信息。时序控制逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号。在现代CPU,MAR和MDR是在CPU中的。

1B和1b有区别

<4> 运算器,是计算机的运算单元,用于算术运算和逻辑运算
运算器的核心单元是算术逻辑单元(ALU)

<5> 控制器,控制器是计算机的指挥中心,有其指挥各部件自动协调第进行工作,现代计算机将运算器和控制器集成到一个芯片上,合成为中央处理器,简称CPU有程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)和控制单元(CU)。

一般将运算器和控制器集成到同一个芯片上,称为中央处理器(CPU)CPU和主存储器共同构成主机而除主机外的其他硬件装置(外存、I/O设备等)统称为外部设备,简称外设

主存储器是由地址寄存器(MAR),数据寄存器(MDR),

MAR记录主存储器里的存储体里有多少个存储单元

CPU和主存之间通过一组总线相连,总线中有地址、控制和数据3组信号线。MAR中的地址信息会直接送到地址线上,用于指向读/写操作的主存存储单元;控制线中有读/写信号线,指出数据是从CPU写入主存还是从主存读出到CPU,根据是读操作还是写操作来控制将MDR中的数据是直接送到数据线上还是将数据线上的数据接收到MDR中。

这个说的是,IR先存放当前要执行的指令,然后传递给控制器就是里面的CU,CU处理完后(前)就会更新PC从而去更新下一条指令,通过MAR,MAR记录主存储器里的数据信息(数量以及地址信息),通过IR,PC返回,返回后到ALU,

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