馮諾依曼結構原理及層次分析


2.馮諾依曼計算機的工作原理

*存儲系統構建與快速訪問

存儲程序:將程序存放在計算機的存儲器中

*指令系統、控制器設計等

程序控制:按指令地址訪問存儲器並取出指令,經譯碼依次產生指令執行所需的控制信號,實現對計算的控制,完成指令的功能。

 

3.馮諾依曼計算機的組成(硬件+軟件)

1)硬件系統(總體圖)

 

 

 

主機:CPU(運算器+控制器)、內存

外設:輸入設備、輸出設備、外存儲器

總線:地址線、數據線、控制線

 

1)硬件系統--運算器

 

 

 算數運算:加減乘除等

邏輯運算:與、或、非、移位等

基本結構:ALU(算數邏輯單元)、寄存器、連接通路

 

 1)硬件系統--控制器

 

 

 基本功能:產生指令執行過程所需要的所有控制信號,控制相關功能部件執行相應操作。

控制信號的形式:電平信號、脈沖信號

產生控制信號的依據:指令、狀態、時許

控制信號的產生方式:微程序、硬布線

 

1)硬件系統--存儲器

 

 

功能:存儲原程序、原數據、運算中間結果

 

工作模式:讀/寫

 

工作原理:按地址訪問,讀/寫數據

 

 

 

比如:1K=1024byte=210  byte    地址線為10

 

 

 

 

 1)硬件設備--輸入/輸出設備

 

 

 輸入設備:向計算機輸入數據(鍵盤、鼠標、網卡、掃描儀等)

輸出設備:輸出處理結果(顯示器、聲卡、網卡、打印機等)

 

2)軟件系統

對軟件的理解:

*可運行的思想和內容的數字化

  思想:算法、規律、方法---程序表達

  內容:圖形、圖像、數據、聲音、文字等被處理的對象

*軟件的表現形式:程序和數據(以二進制表示的信息)

*軟件的核心:算法

 

2)軟件系統

分類:

*系統軟件:如操作系統、網絡系統和編譯系統

*支持軟件:開發工具、界面工具等

*應用軟件:字處理軟件、游戲軟件等

 

3)硬件與軟件系統間的關系

*相互依存

  硬件是軟件運行的基礎,軟件的正常運行是硬件發揮作用的重要途經。計算機系統必須要匹配完善的軟件系統才能正常工作,且應充分發揮其硬件的功能

*邏輯等效性

  某些功能既可由硬件實現,也可由軟件來實現

*協同發展

  軟件隨硬件技術的迅速發展而發展,而軟件的不斷發展與完善又促進硬件的更新,兩者密切得交織發展,缺一不可。

 

4.計算機得層次結構

 

應用程序--》高級語言--》匯編語言--》操作系統--》指令集架構層--》微代碼層--》硬件邏輯層

 

學習計算機原理處於  指令集架構層  階段

 

不同用戶處在不同層次

不同層次具有不同屬性

不同層次使用不同工具

不同層次代碼效率不同

 

透明性概念:

*本來存在得事物或屬性,從某個角度去看,卻好像不存在

*如硬件得特性對C語言程序設計者而言就具有透明性

 

系統觀:

*當硬件結構發生變化時要想到可能對軟件產生的影響

*不同類型的軟件對硬件有不同的要求

*編程的CPU硬件相關性,編程應查閱對應CPU的編程手冊。

 

軟/硬件的分界線

 

*分界線就是  指令集架構層

*分界線即軟、硬件的接口,是指令操作硬件的入口

*指令格式及指令的設計與硬件關聯!

 

例題:

 

 

 

解:訪問1GB的空間需要30根地址線,256GB就是256 x 1GB,256需要8根地址線,所以加一起就是38根。

 


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