冯诺依曼计算机结构详解：单总线与硬件组成

单总线结构是计算机系统概论第一章的核心内容，主要讲解了计算机的基本概念、冯·诺依曼计算机结构以及硬件组成。首先，章节开始介绍了冯·诺依曼思想，强调了计算机使用二进制代码表示程序和数据，并采用存储程序的工作方式，即预先编制程序并存储在存储器中，然后由控制器按顺序执行。这一工作方式使得计算机能够实现自动、连续的指令执行。 在信息的数字化表示部分，举例说明了如何将数据、字符和命令状态用二进制代码表示，如5、-5、A、B等字符通过不同的编码规则转换为数字代码。此外，还解释了数字信号在物理机制上的应用，如电平信号和脉冲信号用于表示数字代码，以及并行和串行操作的概念。 计算机硬件的核心组成部分是中央处理器（CPU），它由运算器和控制器两部分构成。运算器负责基本的算术和逻辑运算，包括移位器、算术逻辑单元（ALU）等组件，它们可以进行加法、乘法等操作，同时还有通用寄存器组存储中间结果和操作数。ALU通过全加器和进位链完成计算任务，而选择器则用于选取操作数和控制条件，支持不同算法的执行。 控制器的作用更为关键，它生成控制命令（微命令）来指导整个机器的操作。微命令发生器根据指令信息、状态信息和时序信号生成一系列控制动作，决定了计算机如何执行指令。控制器的实现方式多样，包括指令执行控制方式，这种设计灵活性是现代计算机高效运行的关键。 单总线结构的讨论通常涉及系统中数据、地址和控制信号共享同一总线的通信机制，这在早期计算机系统中常见，但随着技术的发展，多总线架构逐渐成为主流，以提高数据传输效率和并发处理能力。理解单总线结构对于学习计算机体系结构的基础知识至关重要，因为它揭示了计算机内部工作原理的简化模型，为后续深入学习提供了基础。