冯·诺依曼体系结构计算机概述

1、冯·诺依曼计算机的工作原理

1.1、存储程序

将程序按地址顺序存放在计算机的存储器中。

1.2、程序控制

按指令地址访问存储器并取出指令，经译码一次产生指令执行所需的控制信号，实现对计算机的控制，完成指令的功能。

2、存储器

存储器的功能：存放指令和数据。

程序是如何存储的？

程序按地址顺序存储

存储单元：存储二进制信息的部件，每个单元可以存放一个字或字节的信息，存储器就是存储单元的集合。
单元地址：存储单元的顺序编号，是区分存储器中不用存储单元的唯一标志。
存储容量：存储器中所有存储单元的总数（通常用单位“KB、MB”表示，如：64KB、128KB）。

3、程序自动执行原理

计算计能自动执行在与 pc（程序计数器）能够不断自增，每送出一个地址，pc就自动加一。于是能在 取指令 和 执行 中不断循环。

第一条指令的取址：

1. PC的内容10000H送到地址缓冲器
2. PC自动加1，变为10001H
3. 把地址缓冲器中的10000H送到外部地址总线上
4. CPU发读控制命令
5. 存储器将10000H单元中的内容送到数据总线上
6. CPU从数据总线上读取数据送到数据缓冲器
7. 因为取出的是操作码，所以数据缓冲器中的内容被送到 IR 中，经 ID 译码后发出相应的命令
   第一条指令的执行：
8. 前面步骤和 1~6 相同，最后因为取出的是操作数，按指令将其送到累加器

4、冯·诺依曼计算机的组成（硬件+软件）

4.1、硬件系统

（注意图中 地址或指令 的传递是单向的：控制器 → 内存储器）

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

4.2、软件系统

4.3、硬件与软件的关系

• 相互依存
  硬件是软件运行的基础，软件正常运行是硬件发挥作用的重要途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且应正常发挥其硬件的功能
• 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，两者密切地交织发展，缺一不可。

5、冯·诺依曼计算机的结构特点

1. 存储程序，程序控制原理
2. 使用二进制数
3. 程序自动执行
4. 跳跃执行
5. 硬件5部分：输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备

6、计算机系统的多级层次结构