计算机组成原理：冯·诺依曼思想与硬件组成

"本章是关于计算机组成原理的讨论，主要涵盖了输入/输出系统、接口基础知识、中断方式、DMA方式以及总线的概念。此外，还提及了冯·诺依曼思想、计算机硬件组成以及计算机的性能指标等核心知识点。课程由罗克露主讲，适合学习计算机组成原理的学生或专业人士参考学习。" 在计算机科学中，计算机组成原理是理解计算机工作原理的基础。本章首先介绍了冯·诺依曼思想，这是现代计算机设计的基石。这一思想包括使用二进制代码表示程序和数据、存储程序的工作方式以及计算机硬件的基本组成部分，即存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备。 1.1.2信息的数字化表示中，我们了解到计算机内部所有信息都是以二进制形式存在的，如数字、字符甚至命令和状态。例如，数字5和-5分别用0101和1101表示，字母A和B分别用1000001和1000010表示。此外，数字信号分为电平信号和脉冲信号，用于实际传输和处理这些二进制代码。 1.1.3存储程序工作方式强调了预先编制并存储在内存中的程序可以自动、连续地执行，这是现代计算机能够高效运行的关键。传统诺依曼机以串行方式执行指令，但现代计算机通过增加并行处理功能来提高效率。 接下来，1.2.1主要功能部件深入探讨了CPU（中央处理器），它由运算器和控制器构成。运算器负责数据的加工，包括算术逻辑单元（ALU）、移位器、选择器和通用寄存器组，这些组件共同协作完成各种运算任务。控制器则生成微命令，控制整个计算机系统的操作，包括指令的执行、状态信息的处理和时序信号的产生。控制器可以基于组合逻辑控制方式或微程序控制方式进行设计，每种方式都有其特定的优势和应用场景。 接口在计算机系统中起着桥梁作用，连接着主机和外设。I/O接口有多种类型，例如中断方式和DMA（直接存储器访问）方式。中断方式允许CPU在处理外设请求时暂停当前任务，而DMA方式则允许数据直接在内存和外设之间传输，无需CPU介入，提高了数据传输效率。总线是连接计算机系统各个部件的通信通道，它的基本概念包括数据总线、地址总线和控制总线，它们协同工作以实现信息的高效传输。 本章内容丰富，涵盖了计算机硬件的核心组成、工作原理以及输入/输出系统的关键机制，对于理解计算机的内部运作具有重要意义。学习者可以通过深入学习这些概念，更好地掌握计算机系统的本质。