计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构

计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构

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计算机组成原理在整个计算机课程中的地位如下图所示:

图1:计算机体系结构

计算机组成原理这门课会围绕冯·诺依曼体系的五大组成部分展开,分别介绍运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

1. 冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture),也叫存储程序计算机。什么是存储程序计算机呢?这里面其实暗含了两个概念:

  • 可编程计算机:计算机是由各种门电路组合而成的,然后通过组装出一个固定的电路板,来完成一个特定的计算程序。一旦需要修改功能,就要重新组装电路。这样的话,计算机就是“不可编程”的。如计算器就是不可编程的。
  • 存储计算机。比如内存和硬盘都是存储设备。
图2:冯·诺依曼体系结构示意图
  • 处理器单元(Processing Unit):首先是一个包含算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)和处理器寄存器(Processor Register)的处理器单元(Processing Unit),用来完成各种算术和逻辑运算。因为它能够完成各种数据的处理或者计算工作,因此也有人把这个叫作数据通路(Datapath)或者运算器。

  • 控制器单元(Control Unit/CU):是一个包含指令寄存器(Instruction Register)和程序计数器(Program Counter)的控制器单元(Control Unit/CU),用来控制程序的流程,通常就是不同条件下的分支和跳转。在现在的计算机里,上面的算术逻辑单元和这里的控制器单元,共同组成了我们说的 CPU。

  • 存储器:用来存储数据(Data)和指令(Instruction)的内存。以及更大容量的外部存储,在过去,可能是磁带、磁鼓这样的设备,现在通常就是硬盘。

  • 输入输出设备:而所有的计算机程序,也都可以抽象为从输入设备读取输入信息,通过运算器和控制器来执行存储在存储器里的程序,最终把结果输出到输出设备中。而我们所有撰写的无论高级还是低级语言的程序,也都是基于这样一个抽象框架来进行运作的。

图3:计算机组成原有课程

2. 参考资料

  • 入门书籍

    • 《计算机是怎样跑起来的》

    • 《程序是怎样跑起来的》

  • 深入学习书籍

    • 《计算机组成与设计:硬件 / 软件接口》

    • 《深入理解计算机系统》

    • 《计算机组成:结构化方法》(Andrew S. Tanenbaum)

    • 《计算机体系结构:量化研究方法》

  • 课外阅读

    • 《编码:隐匿在计算机软硬件背后的语言》
    • 《程序员的自我修养:链接、装载和库》

每天用心记录一点点。内容也许不重要,但习惯很重要!

posted on 2020-03-31 09:42  binarylei  阅读(324)  评论(0编辑  收藏

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