馮諾依曼原理與計算機的基本組成

2021-10-06 18:26:58 字數 4344 閱讀 3570

馮諾依曼原理

提出了「儲存程式、程式控制」的設計思想,同時指出計算機的構成包括以下幾個方面:

(1)由運算器、儲存器、控制器、輸入裝置、輸出裝置五大元件組成計算機系統。 5

(2)計算機內部採用二進位制表示資料和指令。 2

(3)採用「儲存程式和程式控制」技術(將程式事先存在主儲存器中,計算機在工作時能在不需要人員干預的情況下,自動逐條取出指令並加以執行)。 存

計算機的基本組成

計算機應當由以下部分構成:

**處理器( cpu)

輸入 /輸出 ( i/o)裝置

儲存器 主儲存器(記憶體儲器)

輔助儲存器(外儲存器)

**處理器(central processing unit,cpu

由運算器和控制器構成主要部件,也稱微處理器。

cpu的工作原理和乙個工廠對產品的加工過程類似。首先輸入工廠的原料(指令和資料輸入到主儲存器),經過物資分配部門的排程分配(控制器的控制),被送往生產線(累加器的計算處理),生產出成品(處理結果)後,再儲存在倉庫(主儲存器)中,最後拿到市場上去賣(結果輸出)。

(一)控制器 控制器是計算機的控制中心,其主要作用是指揮計算機的各部件能自動協調地工作.控制器每次從

儲存器中讀取一條指令,經過分析解碼,產生一串操作命令,發向各個部件,控制各部件的動作,使整個系統連續地

有條不紊地執行。

控制器主要由指令暫存器、解碼器、程式計數器、操作控制器等部件組成。

概括地說,控制器的主要工作是反覆從儲存器逐條取出指令 分析指令 執行指令

(二)運算器 運算器是乙個資訊加工的部件,在控制器的指揮下,它對資料可以進行算術運算和邏輯運算。主要由算術邏輯運算單元(alu),加法器和通用暫存器組成。

運算器的功能擊要包括:

1.實現對資料的算術運算和邏輯運算。

2.暫時存放參與運算的資料和某些中間結果。

3.挑選參加運算的資料,選中要執行的運算的功能,並把運算結果輸出到指定的xx中。

cpu的效能:

字長:指計算機內部一次可以處理的二進位制位數,字長越長,可以表示的有效位數就越多,運算精度越高,計算機的處理能力越強。常用的字長為8位、16位、32位和64位,這個就是字長啊。。。

主頻:指cpu處理資料的速度,以mhz和ghz 為單位。主頻越快,處理速度越快。

主頻 = 外頻 * 倍頻係數

mips 每秒執行的指令數。

2.儲存器

儲存器是計算機中用來存放程式和資料的部件,是計算機中各種資訊儲存和交流的中心。儲存器的基本功能是在控制器的控制下按照指定的位址存入和取出資訊。

2.1.記憶體儲器 (主儲存器 就是記憶體)

主儲存器也稱為記憶體儲器,簡稱記憶體,它能被cpu直接訪問。主儲存器用來存放計算機的系統程式、即將處理的使用者程式、資料和計算結果等。主儲存器由電子器件構成,cpu對它的訪問速度非常快,但是其容量較小。

主儲存器主要有

2.1.1 隨機訪問儲存器( random access memory, ram)

ram允許我們隨機地訪問記憶體中的資料,如果計算機斷電,儲存在ram中的資料將全部丟失,所以ram是計算機的臨時儲存區,而不是永久性儲存區。

ram是計算機工作的儲存區,一切要執行的程式和資料都要先裝入該儲存器內。隨機讀/寫的含義是指既能讀資料,也可以往裡寫資料。通常所說的128mb記憶體就是指ram。該裝置主要有兩個特點:一是儲存器中的資料可以反覆使用,只有向儲存器寫入新資料時儲存器中的內容才被更新;二是儲存器中的資訊會隨著計算機的斷電自然消失,所以說ram是計算機處理資料的臨時儲存區。要想使資料長期儲存起來,必須將資料儲存在外存中。目前微機中的ram大多採用半導體儲存器,基本上是以記憶體條的形式進行組織,其優點是擴充套件方便,使用者可根據需要隨時增加記憶體;常見的記憶體條根據主機板上的記憶體插槽型別有sdram(168線)、ddr(184線)和rambus記憶體3種型別,它的訪問速度用ns(納秒)來計算,在記憶體條上標有-6、-7、-8等字樣,該讀數越小,說明記憶體速度越快。儲存容量有64 mb、128和256mb等幾種。使用時只要將記憶體條插在主機板的記憶體插槽上即可。

2.1.2 唯讀儲存器(read only memory, rom)

rom中的資訊一旦寫入(寫入的過程稱為固化),就不能被擦除,所以,儲存在rom中的資料理論上是永久的。rom只能讀、不能寫,基於這個原因,rom常用於儲存重要的系統程式和資料,如主機板的bios(基本輸入輸出系統)等,即使關機後,儲存在rom中的資料也不會丟失。

rom?是指只能讀資料而不能往裡寫資料的儲存器。rom?中的資料是由設計者和製造商事先編制好固化在裡面的一些程式,使用者不能隨意更改。rom主要用於檢查計算機系統的配置情況並提供最基本的輸入/輸出控制程式,如儲存bios引數的cmos晶元。其特點是計算機斷電後儲存器中的資料仍然存在。

2.1.3 高速緩衝儲存器 (cache)

cache是指在cpu與記憶體之間設定一級或兩極高速小容量儲存器,稱之為高速緩衝儲存器。在計算機工作時,系統先將資料由外存讀入ram中,再由ram讀入cache中,然後cpu直接從cache中取資料進行操作。設定高緩就是為了解決cpu速度與ram的速度不匹配問題。通常,cache的容量在32 kb—256 kb之間,存/取速度在15—35 ns之間,而ram存/取速度一般要大於80ns。

記憶體儲器:通常所說的記憶體,主機板上的rom一般也算。

2.2.外儲存器:

硬碟、光儲存裝置(cd、***)、磁光儲存裝置(mo、md)、磁帶儲存裝置、快閃儲存器盤、快閃儲存器卡

輔助儲存器也稱為外部儲存器,簡稱外存,屬於海量的、永久性的儲存介質,用於存放計算機系統的幾乎所有的資料。外存主要有磁帶、光碟、磁碟(軟盤和硬碟)等形式。當執行儲存在外部儲存器中的某個應用程式時,計算機將在cpu(控制器)的控制下,將外部儲存器中的程式和資料裝載到主儲存器中,然後再執行。cpu不能直接訪問外部儲存器。與記憶體相比,計算機訪問外部儲存器的速度要慢得多,但外部儲存器的容量要大得多。

外部儲存器即外存,也稱輔存,是記憶體的延伸,其主要作用是長期存放計算機工作所需要的系統檔案、應用程式、使用者程式、文件和資料等。當 cpu需要執行某部分程式和資料時,由外存調入記憶體以供cpu訪問,可見外存的作用是擴大儲存系統容量的。

目前最常用的外存有硬碟(可行動硬碟)、軟盤、光碟和磁帶、移動儲存器(u盤)等。通常一台微型計算機至少安裝乙個硬碟儲存器和乙個光碟儲存器。硬碟儲存器的特點是儲存容量大、讀寫速度快、密封性好、可靠性高、使用方便,有些軟體只需在硬碟上安裝一次便能長期使用執行。軟盤儲存器的特點是成本低、重量輕、**便宜、碟片易攜帶易儲存,但執行軟盤上的軟體需要在每次執行時都要插入軟盤,且有些大的軟體如果沒有硬碟儲存器則根本無法執行。

計算機儲存系統

儲存系統負責將輸入數倍接受到的資訊以二進位制的資料形式儲存到儲存器中。一般採用cache、駐村和輔存**。前者解決cpu和主存速度不匹配問題,後者解決容量問題。在儲存系統中,cpu可以直接訪問cache和主存,輔存則通過主存與cpu交換資訊。輔存也成為外存,常見裝置包括:硬碟 光碟和u盤。

記憶體儲器 唯讀儲存器rom:永久儲存資料,儲存微型機的重要資訊。

隨機儲存器ram:斷電丟失資料,儲存當前執行的程式資訊(sram、dram)。

衡量儲存器效能的主要指標:

儲存速度 訪問一次資料的時間,單位為納秒 (ns); ns值越小,訪問時間越短。速度越快。

儲存容量 儲存器能夠儲存資訊的總位元組數,基本單位為位元組 byte。 常用單位 kb mb gb tb pb eb

最小的儲存單位是位,bit(b)。最常用的儲存單位則是位元組byte(b).為了便於表示儲存器的大小或容量,統一以位元組為單位表示。一般用kb(千位元組)、mb(兆位元組)、gb(吉位元組)、tb(太位元組)和pb(拍位元組) ,它們之間的換算關係如下:

1kb=210b=1024b 1mb=1024kb=220b

1gb=1024mb=230b 1tb=1024gb=240b

1pb=1024tb=250b

3輸入輸出裝置

鍵盤滑鼠顯示器。。。。 略

4.匯流排:指計算機系統部件之間的資訊傳送線路。通過使用匯流排,便於裝置的擴充,易於實現裝置之間互聯。

匯流排按照不同的層次和角度,進行分類。

匯流排按功能分類:位址匯流排、資料匯流排和控制匯流排。

按層次結構分類:cpu匯流排 儲存匯流排 系統匯流排 外部匯流排

按位置分類:機內匯流排 機外匯流排

按通訊方式:並行匯流排 序列匯流排

常用標準: isa pci agp 和usb

匯流排的效能指標:匯流排位寬 匯流排頻率 匯流排頻寬(匯流排頻寬=位寬*頻率/8)

馮 諾依曼計算機

2 軟體 2.工作過程 功能 存放原始資料 中間結果 程式。以二進位制形式儲存。功能 執行算術運算 邏輯運算和移位等操作 內部包含 功能 從儲存器中取出指令,解碼分析後產生各種控制指令,控制計算機按程式設定的步驟一步步自動操作。功能 將輸入原始資料和程式轉換成計算機能識別的資訊。功能 將運算結果以操...

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馮諾依曼計算機工作原理 儲存程式 程式控制 儲存程式是指以 的形式事先輸入到計算機主儲存器中,然後按其在儲存器中的首位址執行程式的第一條指令,以後就按照該程式的規定順序執行其他指令,直至程式執行結束。馮諾依曼機的特點 1 運算器 儲存器 控制器 輸入裝置 輸出裝置 2 指令和資料以同等地位存於儲存器...

計算機組成原理 馮諾依曼體系結構

本地是筆者基於 計算機組成原理 深入理解計算機系統 深入淺出計算機組成原理 和 大話計算機第一卷 的學習總結與歸納。主要記錄了 cpu 組成及運算原理 指令系統 儲存系統 i o 系統等內容,圍繞如何提高計算機效能展開思考。計算機組成 computer organization 其中 organiz...