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

目录

• 计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构
  • 1. 冯·诺依曼体系结构
  • 2. 参考资料

计算机组成原理目录：https://www.cnblogs.com/binarylei/p/12585607.html

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》

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