冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结第一章一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自主要功能（P6）计算机硬件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
1、存储器（主存）主要功能：保存原始数据和解题步骤。
包括：内存储器（CPU 直接访问），外存储器。
2、运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。
3、控制器主要功能：从内存中取出解题步骤（程序）分析，执行操作。
包括：计算程序和指令（指令由操作码和地址码组成）。
4、输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
5、输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
注：1、冯诺依曼结构：存储程序并按地址顺序执行。
2、中央处理器（CPU）：运算器和处理器的结合。
3、指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器。
数据流：在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器。
二、数字计算机的软件及各自主要功能（P11）1、系统软件：包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统。
2、应用程序：用户利用计算机来解决某些问题而设计。
三、计算机的性能指标。
1、吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。
2、响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
3、利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。
4、处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。
5、总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。
6、存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
7、存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。
8、主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完成），主时钟不断产生固定频率的时钟信号。
计算机组成-冯·诺依曼体系结构
计算机组成-冯·诺依曼体系结构计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构⽬录计算机组成原理⽬录：计算机组成原理在整个计算机课程中的地位如下图所⽰：图1：计算机体系结构计算机组成原理这门课会围绕冯·诺依曼体系的五⼤组成部分展开，分别介绍运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture)，也叫存储程序计算机。
什么是存储程序计算机呢？这⾥⾯其实暗含了两个概念：可编程计算机：计算机是由各种门电路组合⽽成的，然后通过组装出⼀个固定的电路板，来完成⼀个特定的计算程序。
⼀旦需要修改功能，就要重新组装电路。
这样的话，计算机就是“不可编程”的。
如计算器就是不可编程的。
存储计算机。
⽐如内存和硬盘都是存储设备。
图2：冯·诺依曼体系结构⽰意图处理器单元(Processing Unit)：⾸先是⼀个包含算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）和处理器寄存器（ProcessorRegister）的处理器单元（Processing Unit），⽤来完成各种算术和逻辑运算。
因为它能够完成各种数据的处理或者计算⼯作，因此也有⼈把这个叫作数据通路（Datapath）或者运算器。
控制器单元(Control Unit/CU)：是⼀个包含指令寄存器（Instruction Register）和程序计数器（Program Counter）的控制器单元（Control Unit/CU），⽤来控制程序的流程，通常就是不同条件下的分⽀和跳转。
在现在的计算机⾥，上⾯的算术逻辑单元和这⾥的控制器单元，共同组成了我们说的 CPU。
存储器存储器：⽤来存储数据（Data）和指令（Instruction）的内存。
以及更⼤容量的外部存储，在过去，可能是磁带、磁⿎这样的设备，现在通常就是硬盘。
计算机体系结构的发展历程
计算机体系结构的发展历程计算机体系结构是指计算机中各个组成部分的组织方式和相互连接关系，它决定了计算机的功能和性能。
随着计算机技术的不断发展，计算机体系结构也经历了多次演进和革新。
本文将为您介绍计算机体系结构的发展历程，从最早的冯·诺依曼体系结构到现代的并行计算体系结构。
一、冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的鼻祖，由冯·诺依曼于1945年提出。
其主要特点是将数据和指令以同等地位存储在存储器中，通过控制器和运算器的协作来实现计算机的运算功能。
冯·诺依曼体系结构由五个基本部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
二、批处理计算机随着计算机技术的发展，人们对计算机的应用需求也越来越高。
在20世纪50年代和60年代，批处理计算机开始出现，采用了批处理方式进行运算。
批处理计算机顺序地执行一系列任务，无需人工干预。
该体系结构采用分时操作系统，将计算机资源合理分配给多个用户，提高了计算机的利用率。
三、指令流水线指令流水线是20世纪60年代末和70年代初提出的一种计算机体系结构，旨在提高计算机运算速度。
它将指令的执行分为多个步骤，并行地执行不同的指令步骤，从而实现多条指令的同时执行。
指令流水线大大提高了计算机的运算效率，广泛应用于各个领域。
四、超标量和超长指令字超标量和超长指令字是为了进一步提高计算机的性能而提出的两种计算机体系结构。
超标量体系结构通过增加硬件资源提高指令并行度，实现多条指令的同时执行。
超长指令字体系结构通过将多条指令打包成一条长指令，在一次指令的执行过程中完成多条指令的操作，从而提高计算机的指令级并行度。
五、并行计算体系结构随着计算机应用对计算能力的需求不断增加，并行计算成为了计算机体系结构的一个重要发展方向。
并行计算体系结构将计算任务分为多个子任务，由多个处理器并行地执行，从而提高计算机的运算速度。
并行计算体系结构广泛应用于高性能计算、人工智能等领域。
冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能
冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能冯诺依曼体系结构是计算机体系结构中最为经典和重要的设计理念之一，它是由数学家冯诺依曼在20世纪40年代提出的。
冯诺依曼体系结构主要包括五大组成部分，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
每个部分都有着独特的功能，在整个计算机系统中扮演着不可或缺的角色。
首先，运算器是冯诺依曼体系结构中的一个重要组成部分，它主要负责进行算术和逻辑运算。
运算器包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器。
ALU用来执行各种算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非），而寄存器则用来暂时存储运算结果或中间数据。
运算器通过接收指令和数据，进行计算，并将结果存储到寄存器中，为后续计算和处理提供数据支持。
其次，控制器是冯诺依曼体系结构中另一个重要的组成部分，它主要负责控制计算机系统的运行状态。
控制器包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器等部件。
指令寄存器用来存储当前执行的指令，程序计数器用来记录下一条将要执行的指令的地址，而指令译码器则用来解析指令，确定执行的操作。
控制器根据指令的要求，协调运算器和存储器的工作，使整个计算机系统按照程序顺序执行。
第三，存储器是冯诺依曼体系结构中至关重要的组成部分，它主要负责存储计算机系统中的数据和程序。
存储器分为内存和外存两部分。
内存主要用来存储正在执行的程序和数据，是计算机系统中速度最快的存储器，通常被称为随机存取存储器（RAM）。
外存主要用来存储大量数据和程序，通常被称为磁盘或固态硬盘。
存储器通过读写操作，实现对数据和程序的存储和访问，为计算机系统提供数据支持。
第四，输入设备是冯诺依曼体系结构中重要的组成部分，它主要负责将外部数据和指令输入到计算机系统中。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等各种设备。
输入设备通过将外部数据转换为计算机可识别的格式，传输给存储器或控制器，为计算机系统提供输入数据和操作指令。
最后，输出设备是冯诺依曼体系结构中不可或缺的组成部分，它主要负责将计算机系统处理后的数据和结果输出给外部设备或用户。
简述冯诺依曼体系结构的组成部分及其各部分的功能
简述冯诺依曼体系结构的组成部分及其各部分的功能冯诺依曼体系结构是一种计算机系统的基本组成方式，它由五个主要部分组成：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、总线和控制器。
每个部分都有着不同的功能和作用，下面将详细介绍各个部分的特点和功能。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心部件，它负责执行指令并控制计算机的操作。
CPU包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU），ALU用于执行各种数学和逻辑运算，而CU则负责解释指令、协调各个部件之间的通信以及控制程序流程等。
2. 存储器存储器是计算机系统中用来存储数据和指令的设备，包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种易失性存储设备，可以随时读写数据，而ROM则是一种只读存储设备，其中保存了预先编程好的程序代码。
3. 输入/输出设备输入/输出设备是计算机与外界进行交互的重要手段，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备将数据输入到计算机中，输出设备则将计算机处理后的结果显示或输出到外部设备中。
4. 总线总线是连接各个部件的通信线路，包括地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于传输存储器和I/O设备的地址信息，数据总线用于传输数据信息，而控制总线则用于传输控制信号。
5. 控制器控制器是CPU内部的一部分，负责解码指令并控制计算机系统的操作。
它通过读取存储器中的指令代码来执行所需操作，并将结果返回给CPU。
综上所述，冯诺依曼体系结构是一种基于CPU、存储器、输入/输出设备、总线和控制器等五个主要部件组成的计算机系统结构。
每个部分都有着不同的功能和作用，在计算机系统中扮演着重要角色。
计算机组成原理简答题
第一章概论1.试说明冯诺依曼计算机的基本特征，请画出其框图并简要说明每个部分的主要功能。
答：1、采用二进制代码形式表示信息。
2、采用存储程序工作方式。
3、计算机硬件系统由五大部件（存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备）组成运算器：完成算术和逻辑运算；存储器：存储指令和数据；控制器：负责全机操作；输入输出部件：信息的输入和输出。
2.存储程序控制方式：即事先编写程序，再由计算机把这些信息存储起来，然后连续地、快速地执行程序，从而完成各种运算过程。
3.计算机内部有哪两种信息流，它们之间有什么关系答：计算机内部有控制信息流和数据信息流。
控制信息流包括指令信息、状态信息、时序信息，这些信息的组合产生各类控制信号，对数据信息进行加工处理，并控制数据信息的流向，实现计算机的各项功能。
4.试举例说明计算机硬件和软件功能在逻辑上的等价性答：在计算机中，实际上有许多功能既可以直接由硬件实现，也可以在硬件支持下依靠软件实现，对用户而言，在功能上是等价的。
这种情况称为硬、软件在功能上的逻辑等价。
例如：硬件可以直接做乘法运算，也可以通过软件用相加和移位的方式实现乘法运算。
第二章计算机中的信息表示1.》2.试述浮点数规格化的目的和方法答：浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。
当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化数，否则便是非规格化数。
通过规格化，可以保证运算数据的精度。
通常，采用向左规格化，即尾数每左移一位，阶码减1，直至规格化完成。
3.请简要说明什么是计算机系统硬件与软件之间的界面，其主要功能是什么答：从程序的编制与执行角度看，指令规定了计算机的操作类型及操作数地址，它们是产生各种控制信号的基础。
另外，从硬件设计角度看，在设计计算机的时候先要确定硬件能够直接执行哪些操作，表现为一组指令集合，称之为计算机的指令系统。
因此，指令系统体现了一台计算机的软、硬件界面。
4. 如果堆栈采用自底向上生成方式，对于下述两种情况，分别讨论压入和弹出时，应先后做哪些操作（1） 栈顶单元是已存数据的实单元（2） 栈顶单元是待存元素的空单元答：如果是实单元：压栈时先SP SP →-1,后存入数据；弹出时先取出数据，后SP SP →+1。
冯.诺依曼计算机的体系结构介绍
冯.诺依曼计算机的体系结构介绍
冯.诺依曼计算机是目前广泛使用的计算机体系结构，它由美国人物冯.诺依曼于20世纪40年代提出。
它的特点是把程序和数据存储在同一存储器中，并用二进制表示。
它有以下几个部分组成：
1. 中央处理器（CPU）：负责执行计算机指令，包括算术、逻辑和控制操作。
2. 存储器（Memory）：用来存储程序和数据。
3. 输入输出（I/O）设备：用来与外部设备进行通信。
4. 总线系统（Bus）：用来连接各个组件，实现数据传输和控制命令传输。
冯.诺依曼计算机的工作过程如下：
1. 把程序和数据存储在存储器中。
2. CPU从存储器中读取指令和数据。
3. CPU执行指令，输出结果到存储器或I/O设备中。
4. 循环执行步骤2和3，直到程序执行完毕。
冯.诺依曼计算机的优点是结构简单、易于设计，能够灵活扩展和升级。
缺点是存储器速度比CPU慢，对计算机性能会产
生瓶颈。
同时，存储器中的数据易受到破坏或丢失，需要加强保护措施。
简述冯诺依曼计算机体系结构的组成部分及功能
简述冯诺依曼计算机体系结构的组成部分及功能冯诺依曼计算机体系结构是一种以冯·诺依曼为首的团队在20世纪40年代初提出的计算机设计原则，它主要包括五个核心组成部分：中央处理器（CPU），存储器（Memory），输入设备（Input），输出设备（Output）和控制器（Control Unit）。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机的核心部件，负责执行程序指令并控制计算机的操作。
它由算术逻辑单元（ALU）和控制单元（Control Unit）组成。
ALU负责执行算术和逻辑运算，而控制单元则控制各个组件之间的数据传送和执行过程。
2. 存储器（Memory）：存储器是用来存储程序和数据的地方，可分为主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Auxiliary Memory）两种类型。
主存储器是CPU能够直接访问的存储器，用于存储当前执行的程序和相关数据。
辅助存储器则用来存储大量的程序和数据，例如硬盘和光盘等。
3. 输入设备（Input）：输入设备用于将外部数据和指令输入到计算机中供处理和存储。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等。
输入设备可以将用户的输入转换为计算机可识别的数据格式，以便计算机进行后续的处理。
4. 输出设备（Output）：输出设备用于将计算机处理后的数据和结果展示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器和投影仪等。
输出设备能够将计算机内部的数据格式转换为人类可读或可理解的格式，以便用户能够直观地获得计算机处理结果。
5. 控制器（Control Unit）：控制器是计算机的指令执行和数据传输的关键组件，它负责根据指令的要求控制各个部件之间的数据传输和操作。
控制器从主存储器中获取指令，并根据指令的类型和要求控制CPU的运算和数据传输。
通过控制器的操作，计算机能够按照程序的要求正确执行指令。
以上是冯诺依曼计算机体系结构的主要组成部分及其功能。
这种体系结构的优点是指令流程清晰、灵活度高，能够支持复杂的计算和数据处理任务。
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冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能
冯诺依曼体系结构是计算机体系结构的一种，也是现代计算机体系结
构的基础。
它由五大组成部分组成，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备、系统总线和外部存储器。
1. 中央处理器（CPU）
中央处理器是冯诺依曼体系结构的核心部件，也是计算机最重要的组
成部分之一。
它负责执行指令、控制程序流程和处理数据。
CPU包括
运算器、控制器和寄存器三个主要模块。
运算器负责进行运算和逻辑操作，包括加减乘除、比较大小等。
控制
器则负责控制程序流程，包括从内存中读取指令、解码指令并执行等。
寄存器则用来暂时存储数据和指令，其中包括程序计数器（PC）、累
加寄存器（ACC）等。
2. 内存
内存也被称为随机访问存储器（RAM），它是计算机中用于临时存储
数据和程序的地方。
内存可以被CPU直接访问，而且访问速度非常快。
内存通常由许多小单元组成，每个单元都有一个唯一的地址，CPU可
以通过地址来访问内存中的数据。
内存分为主存和缓存两种。
主存通常是指DRAM（动态随机访问存储器），它是计算机中最重要的内存组件之一。
缓存则是一种高速缓存，用来提高CPU对内存的访问速度。
3. 输入输出设备
输入输出设备是计算机与外界交互的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入输出设备负责将用户输入的数据传输到计算机中，并
将计算机处理后的数据输出给用户。
输入输出设备通常由控制器和适配器两部分组成。
控制器负责控制设
备的运行和数据传输，适配器则负责将设备与计算机进行连接并进行
数据转换。
4. 系统总线
系统总线是连接CPU、内存和输入输出设备之间的通信渠道，它负责
在各个组件之间传输数据和指令。
系统总线可以分为三个部分：地址
总线、数据总线和控制总线。
地址总线用来传输内存单元或I/O端口的地址信息；数据总线用来传
输实际的数据；控制总线用来传输各种控制信号，例如时钟信号、读写信号等。
5. 外部存储器
外部存储器是计算机中用来保存大量数据和程序的地方，包括硬盘、光盘、U盘等。
外部存储器通常比内存容量更大，但访问速度更慢。
外部存储器通常由控制器和适配器两部分组成，控制器负责控制数据的读写和传输，适配器则负责将外部存储设备与计算机进行连接并进行数据转换。
总之，冯诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础之一，它由中央处理器、内存、输入输出设备、系统总线和外部存储器五个组成部分组成。
这五个组成部分共同工作，使计算机能够完成各种复杂的任务。