第五章 计算机基础冯·诺依曼原理.pdf

What is Computer ? Von Neumann Principle · 冯诺依曼原理 ustc.cs 旦增朗杰 　　　　　提出计算机硬件的基本结构和 　　　　　　　计算机的基本工作原理。 引言 u  计算机的基本功能是对信息进行处理 ,计算 机的整个工作过程可以归结为信息在计算 机内的流动,其功能可归纳为以下几点： u  1信息如何表示 u  2信息如何存储 u  3信息的变换 u  4信息的传送 u  5信息的加工处理 u  6 对上述过程的控制 Personal Computer §   冯.诺依曼计算机（PC机）是以单CPU 为特征，单机单用户操作系统为主要应用 手段的计算机。 §  PC机的主机由 　CPU+ROM+RAM+I/O接口组成 §   三条总线　（Bus) 　数据总线　地址总线　控制总线 §   内存：车间←→外存：仓库 原理图 原理 u  现代计算机都是冯·诺依曼(John.Von.Neuman)结构的计算机它基 本原理是“存储程序和程序控制”。也就是说 , 计算机的工作是在程 序的控制下运行,而程序又是预先存储在计算机内的 。更详细地说就 是要利用计算机完成一项处理任务时 ,首先要把任务转换成程序 ,然 后将程序存储在计算机的(内)存储器中 ,并命令计算机从程序的开始 位置 (某一条指令)开始工作 ,计算机的工作路线必须按照程序设计 的路线进行, 自动地执行并完成任务,直到结束的那条指令执行完为止。 冯.诺伊曼机具有以下特点 :1用二进制形式表示数据和指令 。数据 和指令都是由0和I组成的代码序列 。2 采用存储程序方式 ，这是诺 伊曼思想的核心内容 。它意味着事先编制程序,事先将程序(包括指令 和数据)存入主存贮器中,计算机在运行程序时就能自动地连续地从存 贮器里依次取出指令并且执行。这种工作方式称为控制流 (指令流) 驱动方式。即按照指令的执行序列，依次读取指令;根据指令所含的 控制信息,调用数据进行处理。 u  由运算器、存贮器、控制器、输入设备和输出设备等5大部分组成计 算机系统,并规定了这五大部分的基本功能。 冯.诺依曼机设计 u  部件设置 u  指令系统 u  操作类型 u  指令系统表及说明 简化的模型机结构（图） 部件设置 u  累加器A:是一个8位寄存器,用来存放操作 数和运算结果。它有两种功能:一是作为 ALU的一个操作数输入端(一般存放被加 数) :二 是用于存放ALU的运算结果。算术 逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU) 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中 央处理器的核心组成部分，主要功能是进 行二进制的算术运算，如加减乘(不包括整 数除法)。 u  算术逻辑单元ALU它根据指令操作码来执 行相应的运算。 u  通用寄存器R又称数据寄存器,用来暂时存 储参加运算的操作数、中间结果或地址,作 为演示,此模型机仅设一个数据寄存器。 u  标志寄存器FR用来保存ALU操作结果的特 殊状态, 这种状态作为判断是否控制程序转 移的条件。 （1）进位标志C(Carry)在进行算术运算时, 如果运算结果的最高有效位产生进位或借 位,则C=I ,否则C=0。 （2）溢出标志V(Over Flow)用作检测二进 制补码运算过程中是否产生溢出以致使结果 出错的状态标志如果算术运算结果有溢出,则 V=I,否则V=O 。 （3）标志Z(Zero)如果运算结果的各位都为 零,则Z =1:否则z=o。 u  程序计数器PC计算机运行时，通常按顺序 执行存放在存储器中的程序。先由PC指出 要