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  • 计算机组成原理 03 计算机硬件的基本组成

    1.3 计算机硬件的基本组成


    1.3.1 冯诺依曼结构

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    因为 埃尼亚克 这台计算机,每次 都需要 人为的 去 手动接线 控制计算。所以 冯诺依曼 就提出了 存储程序 的概念。

    “存储程序” 的概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器,然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令,以后就按该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序执行结束。(这样不就不需要 手动接线了吗。。

    学过 C语言 的应该知道,我们的程序 确实 都是 从 一个 叫做 主程序 首地址 的地方开始执行的。

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    输入设备:会处理 你输入的信息,将其转换为 计算机能够 识别的 二进制码。即解码的过程。

    如果要对这些数据 进行 处理的话,就需要 把数据 放到 运算器 里。

    而放到 运算器里 不能一次性都放进去。所以 要让 存储器运算器 之间 进行 数据的来回交互。

    输出设备:会把这些 二进制数据,通过 输出设备,转换为 让我们人类 可以接收的信息。(比如 显示器你,就显示 画面,扬声器 就 输出声音音波。

    控制器 : 可以指挥程序的运行。

    在计算机系统中,软件和硬件在 逻辑上 是 等效的。

    举例:对于乘法运算,我们完全可以设计一个 专门的硬件电路 实现乘法运算,也可以 通过 软件的方式,执行多次 加法运算来 实现乘法。

    区别就在于:硬件方面 操作起来 复杂 难弄。但是 效率极高。而软件方面 设计起来,弄起来 极其简单。但是效率 没有 硬件 快。

    1.3.1.1 冯诺依曼计算机的特点

    1. 计算机由五大部分组成(输入、输出、控制器、存储器、运算器。
    2. 指令和 数据 是同等地位的,都位于存储器当中,加载到 内存中时,可按照 地址 寻访。
    3. 指令和数据采用 二进制 来表示。(方便用电信号来表示数据和指令。
    4. 指令由操作码和地址码组成。

    操作码:跳转、存储、加法、减法 这些。

    地址码:就是 操作码 执行的 目标 或 原目标。即 位置。

    1. 存储程序
    2. 冯诺依曼计算机 是以 运算器为中心!(所有的东西都需要经过 运算器 这个 中转站,无论是你输入的数据,还是输出的数据,还是 执行的 程序指令。

    这就会带来一个问题:我们的运算器 只是 作为 数据的处理部件。但是 为什么 它还要作为所有部件的 中转站呢?这样 数据计算的效率 不就降低了吗??在这里插入图片描述

    我们可以 看上图,其实 采购部门,是可以直接 把 物资 放到 仓储部门的,但是 偏偏要 让 生产加工部门去 转交给 仓储部门。而且 处理后的 材料,也可以 让 销售部门 直接去 仓储 部门取走。为什么还要 经过 生产加工部门吗 ?

    答:这是不是 让 生产加工部门 事情 非常的多呀。即 运算器 的 效率 会大大降低!!!


    1.3.2 现代计算机结构

    由此,我们提出了 一个新的结构,叫做 现代 计算机结构。

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    让输入的数据,直接存储到 存储器。然后 如果 要 进行数据处理,就经过运算器进行处理,然后再放回 存储器,如果需要输出,那么久可以 去 存储器那里取。

    而这个时候,你会 发现 存储器为中心(即 数据是非常重要的 概念 也被 慢慢引入了。)
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    控制器:会告诉 运算器 要进行 什么样的运算/处理、还会告诉 主存储器 应该准备存储什么东西,准备读出什么东西。这个时候 就要 告诉 输入设备 读取数据,然后 让存储器 存储。输出设备 从 主存储器里 读取数据,然后 主存储器 读取。

    即可看出 CPU 比较注重于 逻辑,而且 可以让逻辑性变得极其的复杂和灵活。

    像是 GPU、NPU:做的是 复杂的运算,但是逻辑很简单。

    主机 = CPU + 主存储器

    与我们现实生活中的 机箱 是完全不一样的。。。

    机箱 = 主机 + I/O 设备(外设)在这里插入图片描述在这里插入图片描述


    问题①:存储器:包括 主存和辅存,那么区别是什么呢 ?

    答: 主存 就是我们说的 运行内存辅存 就是我们 说的 存储空间、外存(比如机械硬盘、固态硬盘 这些,还有 U盘、移动硬盘 等)

    所以 我们 也才说 辅存 应该被 归为 I/O 设备,属于 外存的 范畴。而不能 归为 主机 的 范畴。

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