冯诺依曼计算机结构与存储系统详解

在本次复习中，我们将重点探讨计算机组成原理的基础知识，特别是针对防灾科技学院的学习者。冯·诺依曼计算机是早期计算机架构的重要概念，它由五个核心部件构成：运算器、存储器、控制器、输入/输出设备。这些部件共同实现了存储程序的概念，即指令和数据以平等地位存储在存储器中，通过地址寻址进行访问。指令由操作码和地址码组成，体现了计算机执行过程的顺序性。 现代计算机结构通常简化为CPU（中央处理器）、I/O设备和主存储器三大模块。其中，存储单元可以储存二进制代码，称为存储字，其位数决定了存储字长。例如，运算指令如加法，涉及到的寄存器如累加器（ACC）、操作数寄存器（X）、指令寄存器（IR）和中间结果寄存器（MDR），它们的位数在具体实现中通常是与机器字长一致的，如32位。 习题部分要求学生理解指令执行流程，如存数指令"STAM"和加法指令"ADDM"。通过主机框图的形式，展示了指令从存储器读取、解析、执行到写回的结果。在给定条件（256M*32位的主存，指令字长、存储字长和机器字长相同）下，计算了寄存器的位数，并强调了机器字长作为CPU性能的关键指标。 此外，课程还涉及计算机硬件的技术指标，如机器字长，它反映了CPU处理数据的能力；存储容量，衡量能存储多少二进制信息，这里是基于2的16次方来计算的。系统总线是计算机内部各部件间数据传输的通道，分为片内总线、系统总线（包括数据、地址和控制信号）和通信总线。带宽计算是评估总线性能的重要参数，这里通过总线工作频率和宽度来计算带宽。总线控制方式如集中式或分布式仲裁机制，其中链式查询是一种常见的优先级控制方法。 组成原理复习内容涵盖了计算机体系结构、指令执行流程、硬件规格以及总线技术的基础知识，对于理解和设计现代计算机系统至关重要。通过这些概念和实例的学习，学生能够加深对计算机内部工作原理的理解，并为实际应用和进一步研究打下坚实基础。