详解计算机组成原理：冯诺依曼结构与核心概念

计算机组成原理是一门基础且关键的课程，它涵盖了计算机系统结构的各个方面。在本章节中，我们首先定义了计算机系统的基本概念。计算机系统由硬件、软件和数据通信设备组成，它们共同协作以实现计算功能。硬件包括物理实体如CPU（中央处理器）、运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，其中硬件与软件是相辅相成的，没有一方可以独立存在，两者的重要性均等。 冯·诺依曼计算机，以美国科学家冯·诺依曼命名，其特点包括五个基本部件的组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这些组件遵循固定的结构规则，如指令和数据都采用二进制形式存储，指令由操作码和地址码构成，按顺序执行。冯氏计算机强调以运算器为中心的设计理念。 接下来，章节中详细解释了一系列核心概念。主机是指计算机硬件的主要部分，由CPU和主存（内存）构成；CPU则是硬件的核心，包含运算器和控制器，负责指令的处理。主存是临时存储运行中的程序和数据的地方，支持随机存取。存储单元、存储元件、存储字、存储字长和存储容量都是存储系统中不同级别的概念，如存储单元是存储一个完整机器字的区域，而存储字长和容量则是衡量存储器容量的量化标准。机器字长和指令字长则指CPU一次能处理的数据长度和指令指令代码的长度。 此外，还介绍了几个常见的英文缩写：CPU（中央处理器）、PC（程序计数器）、IR（指令寄存器）、CU（控制单元）、ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、MQ（队列）、X（可能是错误或未明确的缩写）、MAR（存储器地址寄存器）、MDR（存储器数据寄存器）、I/O（输入/输出）、MIPS（每秒百万指令数，衡量计算机性能）、CPI（指令周期数，用于衡量性能）、FLOPS（每秒浮点运算次数，衡量计算能力）。这些缩写是理解计算机体系结构和编程语言底层工作原理的重要术语。 通过本章的学习，学生将掌握计算机组成的基本构造，理解硬件和软件的协同工作方式，以及冯·诺依曼架构的关键特征。理解这些概念对于进一步学习计算机科学和从事相关专业工作至关重要。