计算机组成原理学习笔记第1章 1.1——冯 · 诺依曼结构计算机工作原理及层次结构分析

计算机组成原理学习笔记第1章 1.1——冯 · 诺依曼结构计算机工作原理及层次结构分析

常识了解：计算机发展的几个阶段

过去及当下：

1.第一代计算机(1946年～1957年)

主要元器件是电子管。
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2.第二代计算机(1958年～1964年)

用晶体管代替了电子管。
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3.第三代计算机(1965年～1970年)

以中、小规模集成电路取代了晶体管。
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4.第四代计算机(1971年至今)

采用大规模集成电路和超大规模集成电路。
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未来可能趋势：

5.第五代计算机 智能计算机

人工智能

6.第六代计算机 生物计算机

生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片来替代半导体硅片

0️⃣思维导图(自制)

①思维导图下载

自制思维导图文件(可下载后打开编辑完善)——第1章 第1.1节
提取码请见评论置顶

②图示

1️⃣冯·诺依曼简介

因提出“ 离散变量自动电子计算机方案” EDVAC (Electronic DiscreteVariable Automatic Computer 被称为 “计算机之父 ”，该方案至今仍为计算机设计者所遵循；是 20 世纪最重要的数学家之一 ，因其在 现代计算机、 博弈论等领域的重大贡献成为美国科学院院士。

详细介绍：冯·诺依曼(百科)

2️⃣冯· 诺依曼计算机的工作原理

①存储程序

将程序存放在计算机的存储器中；（存储系统构建与快速访问）

②程序控制

按指令地址访问存储器并取出指令，经译码依次产生指令执行所需的控制信号，实现对计算的控制，完成指令的功能。（指令系统、控制器设计等）

3️⃣冯· 诺依曼计算机的组成（硬件 + 软件）

①硬件系统（总体图）

主机：CPU（运算器+控制器）、内存

外设：输入设备、输出设备、外存储器

总线：地址线、数据线、控制线

a.硬件系统——运算器

算术运算：加、减、乘、除法等

逻辑运算：与、或、非、移位等

基本结构：ALU(Arithmetic Logical Unit) 、寄存器、连接通路

注重功能与结构的关系→指令、数据类型、性能要求等等

b.硬件系统——控制器

基本功能：产生指令执行过程所需要的所有控制信号，控制相关功能部件执行相应操作；

控制信号的形式：电平信号、脉冲信号；

产生控制信号的依据：指令、状态、时序；

控制信号的产生：微程序、硬布线。

c.硬件系统——存储器

功能：存储原程序、原数据 、运算中间结果；

工作模式：读/写；

工作原理：按地址访问，读/写数据。

容量→地址线数量:1K→10     1M→20     1G→30

d.硬件系统——输入/输出设备

输入设备：向计算机输入数据(键盘、鼠标、网卡、扫描仪等)

输出设备：输出处理结果(显示器、声卡、网卡、打印机等)

②软件系统

对软件的理解

• 可运行的思想和内容的数字化
  -思想：算法、 规律 、 方法——程序表达
  -内容：图形、 图像 、 数据 、 声音 、 文字等被处理的对象

• 软件的表现形式:程序和数据（以二进制表示的信息）

• 软件的核心：算法

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a.系统软件：如操作系统、 网络系统和编译系统

b.应用软件：字处理软件、 游戏软件等

v.支持软件：开发工具、 界面工具等

③硬件与软件系统间的关系

a.相互依存
硬件是软件运行的基础，软件的正常运行是硬件发挥作用的重要途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且应充分发挥其硬件的功能；

b.逻辑等效性
某些功能既可由硬件实现，也可由软件来实现；

c.协同发展
软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切地交织发展，缺一不可 。

4️⃣计算机的层次结构

• 不同用户处在 不同层次
• 不同层次具有 不同属性
• 不同层次使用 不同工具
• 不同层次代码 效率不同

①透明性概念

• 本来存在的事物或属性，从某个角度去看，却好像不存在；
• 如硬件的特性对C 语言程序设计者而言就具有透明性。

②系统观

• 当硬件结构发生变化时要想到可能对软件产生的影响；
• 不同类型的软件对硬件有不同的要求；
• 编程的CPU硬件相关性，编程应查阅对应CPU的编程手册。

③软/硬件的分界线

④分界线在哪里？

• 分界线即软、硬件的接口，是指令操作硬件的入口；
• 指令格式及指令的设计与硬件关联。

本节小结

冯 · 诺依曼结构计算机工作原理及层次结构分析

• 1️⃣冯·诺依曼简介
• 2️⃣冯· 诺依曼计算机的工作原理
• 3️⃣冯· 诺依曼计算机的组成（硬件 + 软件）
• 4️⃣计算机的层次结构

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本篇笔记整理：Code_流苏

笔记内容学习资料：计算机组成原理微课版(谭志虎、秦磊华等编著)

课件资料及视频学习：MOOC计算机组成原理(华科大)

计算机组成原理笔记专栏

内容随着个人本学期课程学习进度而适时更新，本学期内会更完个人全部笔记，希望对大家有所帮助！能够学有所获！还请大家多多点赞与关注！