冯诺依曼结构原理及层次分析
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!
例题:
解:访问1GB的空间需要30根地址线,256GB就是256 x 1GB,256需要8根地址线,所以加一起就是38根。