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【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

爱谁谁

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发布时间:2025-04-26 13:00:02

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本文及后续关于计算机组成原理的文章,旨在记录学习过程并分享知识,无论是应对期末考试还是准备考研,都将大有裨益。希望大家多多关注和支持更新!!!❤️❤️❤️

1.早期的冯诺依曼机

【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

在早期的ENIAC计算机中,程序员需要手动将线插入计算机中来控制计算,这大大抵消了计算机运行速度的优势。为了解决这一问题,冯诺依曼提出了“存储程序”的概念。所谓存储程序,就是提前将指令以二进制形式编写好,存储在计算机的主存储器中,然后计算机按照存储器中的首地址开始执行第一条指令,依次执行直至程序结束。

【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

2.早期冯诺依曼机的基本运行框图

【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

早期冯诺依曼机的逻辑示意图如下:

  • 输入设备:将外部数据和程序转换为计算机可识别的二进制形式;
  • 存储器:存储数据和程序;
  • 运算器:进行算术和逻辑运算;
  • 输出设备:将结果转换为人们熟悉的形式(如图片、声音、文字等);
  • 控制器:指挥程序的运行。

在计算机系统中,软件和硬件在逻辑上是等价的。例如,执行乘法运算时,使用软件的成本较低但速度较慢,而使用硬件(专门电路设计)则恰恰相反。

3.早期冯诺依曼机的特点

计算机由五大部件组成(其中输入/输出设备可称为I/O设备):

  • 指令和数据以相同的方式存储在存储器中,可按地址访问;
  • 指令和数据均以二进制形式表示;
  • 指令由操作码和地址码组成;
  • 存储程序以运算器为中心(输入/输出设备与存储器之间的数据传输通过运算器完成),缺点是导致数据计算效率降低。

举个加工厂的例子:

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【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

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4.现代计算机的结构

【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

现代计算机结构的逻辑示意图如下: 通过输入设备将外部数据和程序转换为计算机可识别的形式,存储在存储器中,然后由运算器从存储器获取数据进行算术和逻辑运算,将结果存回存储器,最后通过输出设备将数据和程序转换为人们熟悉的形式。在这些步骤中,控制器有条不紊地进行指挥。

与早期的冯诺依曼结构相比,这种模式的运算效率显著提高,现代计算机以存储器为中心。

CPU = 运算器 + 控制器

【计算机组成原理】1.1计算机的软硬件组成(记录学习计算机组成原理)

需要注意的是,SSD属于辅助存储,是输入设备的一种。

5.小结

本文主要介绍了基于早期冯诺依曼机的组成逻辑结构,并逐渐延伸到现代计算机的逻辑结构。此外,还讲解了硬件的基本组成,旨在为后续学习打下坚实基础。

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