计算机系统基础：硬件与层次结构详解

计算机系统概论第一章主要涵盖了计算机硬件与软件的基础知识，以及冯诺依曼计算机体系结构的核心概念。本章节的重点包括以下几个方面： 1. **硬件与软件的划分**：计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件主要包括物理元件，如处理器、内存、输入输出设备等；软件则是运行在硬件上的指令集，如机器语言、汇编语言和高级语言（如C、Java等）。 2. **计算机系统层次结构**：冯•诺依曼提出的“存储程序概念”奠定了现代电子计算机的基础，即指令和数据存储在同一存储器中，强调了存储器的核心地位。这种结构决定了现代计算机的基本组成，包括运算器（如ALU负责算术和逻辑运算）、控制器（如CU，管理指令执行流程）、输入输出设备等。 3. **冯诺依曼计算机的组成部分**： - 运算器（核心组件）：负责处理数据和执行指令，如ACC累加器、MQ乘商寄存器和ALU算术逻辑单元。 - 控制器：CU控制单元，包含指令寄存器（IR）和程序计数器（PC），用于管理指令的执行顺序。 - 存储器：分为地址存储器（MAR，地址寄存器）和数据存储器（MDR，数据寄存器），通过地址译码器确保数据访问的准确性。存储单元（由存储元构成）是数据存储的基本单位，其大小由存储字长决定，如8比特或更高。 4. **存储器的组织与操作**：存储器通过地址编码区分不同的存储单元，地址寄存器（4位）对应存储体中的不同位置，例如000可能对应1000001——0100。存储单元的数量取决于地址寄存器的位数，而存储字的长度则是数据存储器的位数，如8位。 5. **现代计算机架构的变化**：随着技术发展，现代计算机体系结构将存储器视为核心，输入输出设备与CPU、运算器和控制器紧密协作。指令和数据在现代计算机中仍可能一起存储，但并非必须如此，具体实现取决于设计和需求。 总结来说，这一章介绍了计算机系统的基本构建原理，重点在于理解冯诺依曼模型和各硬件组件的功能及其相互作用，这对于深入学习计算机科学和硬件工程至关重要。