计算机组成原理—1.1 冯 诺依曼结构原理及层次分析

1.1.1 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
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。

1.1.2 冯 诺依曼计算机的组成（硬件+软件）

1）硬件系统—运算器

• 算术运算：加、减、乘、除等
• 逻辑运算：与、或、非、移位等
• 基本结构：ALU算术逻辑运算单元、寄存器（存放参与运算的数据、保存运算结果）、连接通路

注重功能和结构的关系 ！== 结构与指令、数据类型、性能要求等等相关！==

2）硬件系统—控制器

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

控制信号的表现形式：电平信号、脉冲信号

产生控制信号的依据：指令、状态、时序

控制信号的产生方式or控制单元的设计方式：微程序控制【微编程】、导线直接连接【硬连线】

3）硬件系统—存储器

功能：存储原程序、原数据、运算中间结果

工作方式：读、写

工作原理：按地址访问，读、写数据

访问存储器的容量与地址线数量的关系

• 1K——10 1M——20 1G——30

访问2GB的容量需要31根地址线（2的一次方等于2 ）

4）硬件系统—输入/输出设备

5）软件系统

软件： 可运行的思想【算法、规律、方法等】和内容【图形、图像、数据等被处理的对象】的数字化

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

大致分类：系统软件、支持软件、应用软件等

6）硬件与软件系统间的关系

• 相互依存
• 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

1.1.3 计算机的层次结构

• 不同用户处在不同层次，本课程主要在指令集架构层和微代码层
• 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（越高层次代码效率越低，需不断翻译）

一些概念掌握

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

系统观（硬件和软件的协同）：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： 分界线在指令集架构层。分界线即软、硬件的接口，分界线下面是硬件上面是软件，是指令操作硬件的接口；指令格式及指令的设计与硬件关联！