计算机组成原理详解：从冯·诺依曼结构到现代计算机

"计算机组成原理笔记，基于哈尔滨工业大学视频记录" 这篇笔记主要涵盖了计算机组成原理的基础知识，适合软件工程专业的学生考前复习。笔记详细讲解了计算机系统概论、计算机的基本组成以及计算机工作步骤等方面的内容。 首先，计算机系统由硬件和软件两大部分构成。硬件包括计算机的实体部分，如主机和外设，而软件则分为系统软件和应用软件。系统软件如语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统和网络软件，它们负责管理和协调整个计算机系统的运行。应用软件则是根据特定任务需求编写的程序。 计算机系统的层次结构分为五个级别，从M4到M0，分别对应了高级语言、汇编语言、机器语言、微指令以及硬件直接执行的微指令层面。这种层次结构使得程序员可以使用高级语言编写程序，最终通过编译和解释过程转化为计算机能直接执行的指令。 计算机体系结构是程序员看到的计算机的抽象概念，包括指令系统、数据类型、寻址技术以及I/O机制。而计算机组成则是实现这些体系结构特性的具体物理组件。例如，冯·诺依曼计算机体系结构中，计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成。数据和指令存储在存储器中，通过地址进行访问，运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器则控制程序的执行流程。 以存储器为中心的硬件框图强调了数据和指令的重要性，而现代计算机硬件框图可能包含更多复杂的组件，如高速缓存、总线、多处理器等，这些都是为了提高计算机性能和处理复杂任务的能力。为了管理系统的复杂性，设计中通常采用层次化、模块化和规则性原则，使得每个模块都有明确的功能和接口，便于重用和维护。 计算机的工作步骤以计算正弦电压为例，涉及建立数学模型、确定计算方法（如使用泰勒级数近似）和编制解题程序（将计算步骤转化为指令序列）。在实际操作中，程序员需要将数学问题转化为计算机可以执行的指令序列，然后通过输入设备将数据送入计算机，经过运算器和控制器的处理后，最终通过输出设备展示计算结果。 这份笔记全面地阐述了计算机组成原理的基本概念，对理解计算机内部运作原理、学习编程和系统级知识有着重要的指导作用。通过深入学习这些基础知识，可以为后续的软件开发和系统设计打下坚实的基础。