计算机基础

冯诺依曼结构主要思想

最重要的思想：“存储程序(Stored-program)”

工作方式： 任何要计算机完成的工作都要先被编写成程序，然后将程序和原始数据送入主存并启动执行。一旦程序被启动，计算机应能在不需要操作人员的干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。

几乎现代所有通用计算机大都采用冯诺依曼结构

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冯诺依曼结构的主要思想

1、计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。

2、各基本部件的功能是：

存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还旨令：

控制器应能自动取出指令来执行，

运算器应能进行加/减／乘/除四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算·

操作人员可以通过输入设备、输出设备和主机进行通信。

3、内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。由一串指令组成程序。

现代计算机结构模型及工作原理

现代计算机结构模型

与冯诺依曼结构几乎一样

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MAR: memory address register 主存的地址存储器
MDR：memory data register 主存数据寄存器
ALU：arithmetic and logic unit 算数逻辑部件, 能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路
GPR: general purpose register 通用寄存器 可用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。 GPRs 通用寄存器组（由若干通用寄存器组成，早期就是累加器）
PC: program counter 程序计数器
CPU: central processing unit
IR: Instruction Register指令寄存器

举例对比

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从机器语言到高级编程语言

机器语言

所有信息都是0/1序列，记录在纸带或卡片上
【输入】：按钮、开关
【输出】：指示灯
缺点：书写阅读困难！

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汇编语言

用符号表示跳转位置和变量位置

• 用助记符表示操作码 ： add
• 用标号表示位置： L0
• 用助记符表示寄存器
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优点：

• 不用因为增减指令而需要修改其他指令
• 不用记忆指令编码，编写方便
• 可读性比机器强

缺点：
必须将汇编语言转化为机器语言，需要汇编程序来完成

机器语言和汇编语言都是面向机器结构的语言，故他们统称为**机器级语言**

高级语言

与机器结构无关
面向算法描述，比机器级语言描述能力强得多
有“面向过程”和“面向对象”之分
有两种转换方式：“编译”和“解释”

• 编译程序(Complier)：将高级语言源程序转换为机器级目标程序，执行时只要启动目标程序即可（如C语言，生成可执行文件）
• 解释程序(Interpreter)：将高级语言语句逐条翻译成机器指令并立即执行，不生成目标文件

程序的开发和执行及其支撑环境

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汇编指令和机器指令是一一对应的

支撑环境

支撑程序开发和运行的环境由系统软件提供
系统软件：操作系统+语言处理系统

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编程语言和计算机系统层次

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