冯诺依曼结构原理及层次分析

Posted 2021-03-04 fate-

2.冯诺依曼计算机的工作原理

*存储系统构建与快速访问

存储程序：将程序存放在计算机的存储器中

*指令系统、控制器设计等

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。

 

3.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

 

1）硬件系统--运算器

 

 算数运算：加减乘除等

逻辑运算：与、或、非、移位等

基本结构：ALU（算数逻辑单元）、寄存器、连接通路

 

 1）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、时许

控制信号的产生方式：微程序、硬布线

 

1）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

 

 

比如：1K=1024byte=2¹⁰  byte  　　地址线为10

 

 

 

 1）硬件设备--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

 

2）软件系统

分类：

*系统软件：如操作系统、网络系统和编译系统

*支持软件：开发工具、界面工具等

*应用软件：字处理软件、游戏软件等

 

3）硬件与软件系统间的关系

*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经。计算机系统必须要匹配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

*逻辑等效性

　　某些功能既可由硬件实现，也可由软件来实现

*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，两者密切得交织发展，缺一不可。

 

4.计算机得层次结构

 

应用程序--》高级语言--》汇编语言--》操作系统--》指令集架构层--》微代码层--》硬件逻辑层

 

学习计算机原理处于　　指令集架构层　　阶段

 

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

 

透明性概念：

*本来存在得事物或属性，从某个角度去看，却好像不存在

*如硬件得特性对C语言程序设计者而言就具有透明性

 

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。

 

软/硬件的分界线

 

*分界线就是　　指令集架构层

*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！