硬件与冯诺依曼结构

硬件与冯诺依曼结构

这一篇文章主要总结一些学习到的知识点

计算机硬件

一些物理装置按系统结构要求构成一个有机整体，为计算机软件提供物质基础

硬件组成

计算机硬件组成部分有很多，下面将列出一部分常见硬件

• CPU：负责运算与控制（对应冯诺依曼结构的运算器+控制器）
• 内存：临时存储程序与数据（对应存储器）
• 硬盘：长期存储数据（属于外部存储，不属于冯诺依曼核心五部件）
• 显卡：处理图形输出（可归类为输出设备的控制器）
• 键盘/鼠标：输入设备
• 显示器：输出设备

冯诺依曼结构

约翰·冯·诺依曼（John von Neumann，1903年12月28日—1957年2月8日）

图片来源约翰·冯·诺依曼这篇文章，可以详细了解，此处只用于个人学习记录，以便于后面复习

这位先生被称为现代计算机之父、博弈论之父。

这是冯诺依曼结构的概述图，图片来源是 冯·诺依曼结构这篇文章，可以详细了解，此处只用于个人学习记录，以便于后面复习

图中箭头方向表示数据/指令的流动路径：

• 输入设备 → 存储器：原始数据存入
• 存储器 → 控制器：指令被读取和解码
• 控制器 → 运算器：下达操作命令
• 运算器 ↔ 存储器：存取中间结果
• 控制器 → 输出设备：发送输出指令

• 举一个简单的操作例子：

假设现在要使电脑完成“1+1”的操作，并显示结果：

1. 输入： 用户在输入设备（如键盘）上输入“1+1”这个字符串。这个输入信号被转换成数字信号，通过系统总线传输。
2. 传输与初步处理： 输入的数据首先到达CPU的寄存器或高速缓存（作为临时工作区）。操作系统或应用程序（如计算器程序）的代码会解释这个字符串，将其识别为一个加法运算请求，并提取出操作数 1 和 1。这些数字被加载到CPU内部的寄存器中。
3. CPU执行（核心步骤）：
   • 控制器 (CU) 取指令： CU 从内存中获取下一条要执行的指令（假设是“执行加法”，于此处而言下一步操作确实是加法操作）。
   • 控制器 (CU) 解码指令： CU 解码这条指令，明白它需要执行一个加法操作。
   • 控制器 (CU) 指挥运算： CU 指挥 运算器 (ALU) 执行加法操作，并告诉ALU从哪些寄存器中获取数据（即之前加载的两个 1）。
   • 运算器 (ALU) 执行计算： ALU 根据CU的指令，从指定的寄存器中取出两个 1，进行加法运算，得到结果 2。
   • 结果暂存： ALU 计算出的结果 2 通常先存回CPU内部的一个寄存器中（这是临时存放结果的地方）。
4. 输出结果：
   • 控制器 (CU) 指挥输出： CU 继续执行后续指令（比如“显示结果”）。它指挥将存放结果 2 的寄存器中的数据，通过系统总线，发送给负责管理显示输出的硬件（通常是GPU或显示控制器）。
   • 信号转换与显示： GPU/显示控制器 接收到数字 2，将其转换成显示器能够理解的视频信号（如像素信息）。
   • 显示： 视频信号传输到输出设备（显示器），显示器根据信号点亮相应的像素点，最终在屏幕上显示出结果“2”。