一、馮.諾伊曼體系結構
馮.諾依曼結構計算機的組成和工作原理。
特點：1、 由運算器、儲存器、控制器和i/o裝置組成；
2、 指令和資料以同等地位存放在儲存器中，按位址尋訪；
3、 指令和資料均以二進位制表示；
4、 指令由操作碼和資料組成，操作碼用來表示操作的性質，位址碼用來表示運算元存放在儲存器中的位址；
5、 指令在儲存器中順序存放，順序執行，特定情況下根據條件改變執行的順序；
6、 機器以運算器為中心，輸入/輸出裝置與儲存器間的資料傳送都通過運算器完成。
二、**處理器(cpu)的組成
1、 運算器：運算器由算術邏輯部件(alu)和一些暫存器組成，是直接進行資料交換和運算的部件；
2、 控制單元：控制單元用來指揮和控制程式和資料的輸入、執行和處理。
3、 暫存器：
暫存器組：用於儲存資料；
累加器(acc)：提供給alu的兩個運算元之一，並儲存計算結果；
標誌暫存器(fr)：用於儲存某些重要的狀態和特徵，每個狀態用一位標誌；
程式暫存器：用於存放下一條要執行指令的位址碼；
指令暫存器：存放當前要執行的指令，由指令解碼器進行解碼，確定應進行什麼操作，通過操作控制器產生相應的控制訊號。
位址暫存器、資料暫存器。
4、協處理器：
三、馮.諾伊曼結構的演化
1. 控制部件設計的多樣化
a) 用邏輯電路設計實現；
b) 微程式設計實現。
2. 採用匯流排結構
匯流排：是連線各部件的一組公共訊號線，是傳送訊號和**的公共通道。
所謂匯流排實際上就是一組訊號連線，每個計算機部件都要與這組訊號向相連，每根訊號線只有兩個狀態，高電平和低電平。
這種匯流排稱為外部匯流排或系統匯流排，系統匯流排中的訊號線根據其功能的不同又可以分為三類：
1) 資料匯流排：用來傳輸各功能部件之間的資料資訊，是雙向傳輸匯流排，位數與機器字長有關；
2) 位址匯流排：用來指出資料匯流排上的源資料或目的資料在主存中的位址，是單向傳輸匯流排，位址匯流排的個數與儲存器單元的個數有關，稱為定址能力；
3) 控制匯流排：用來發出各種控制訊號的傳輸線，每一根控制匯流排是單向的。常見的控制匯流排有：1）時鐘，2）復位，3）中斷請求，4）儲存器讀、寫，5）i/o讀、寫。
由於資料匯流排是雙向匯流排，每個部件都可以向資料匯流排上發出資料訊號，也可以接收資料匯流排上資料訊號。同一時刻只能有乙個部件發出資料訊號，其它部件可以接收資料訊號。一般來說，每一次的資料傳輸都是cpu與某乙個特定的部件之間的資料傳輸，其它部件需要與資料匯流排「斷開」，這就需要有乙個三態門來實現。
利用三態緩衝器就可以實現器件與匯流排之間的「開」和「關」，輸入和輸出分別與器件和匯流排的資料線相連，控制端由控制線和位址線組合邏輯產生。同樣利用三態緩衝器也可以實現雙向的資料匯流排。（p47，圖3.
4）3. 以儲存器為中心
現代計算機已經從以運算器為中心轉化為以儲存器為中心。儲存器用來存放資料和程式。主儲存器可以分為隨機儲存器(ram)和唯讀儲存器(rom)。
主儲存器通過資料匯流排、位址匯流排和控制匯流排同cpu相連。
對主儲存的操作分為兩種：讀操作和寫操作。讀操作是從儲存器中取出資訊的過程；寫操作時將資訊寫入儲存器的過程。
在主儲存器中包含大量的儲存單元，每個儲存單元可以儲存乙個資料，資料長度可以是8位，16位，32位或64位。
cpu每一次只能對儲存器中的乙個儲存單元進行讀操作或寫操作，cpu通過位址匯流排將一組位址訊號傳送到位址解碼器，位址解碼器譯出該位址，選中相應的儲存單元，然後cpu在發出乙個讀訊號或寫訊號，讀寫訊號用來控制資料傳送的方向。（參考圖3.4中的c1和c2訊號）
cpu對儲存器的讀寫過程參考p48,p49，圖3.5和3.4。
4. 輸入/輸出系統功能的加強
前面我們了解了計算機的基本結構，那麼我們如何指揮計算機來完成某項工作哪？這就需要向計算機（cpu）發出一系列的指令，cpu執行這些指令來完成某項工作。
一般來說cpu只能完成一些簡單的、基本的操作，每乙個基本操作稱作乙個指令，cpu所能夠執行的所有指令是有限的，這些指令構成的集合稱為指令系統。每乙個cpu的指令系統都是不同的。
一、指令系統的基本概念
機器指令：命令機器做某種操作的一條語句稱為乙個機器指令。指令是cpu唯一能識別的語言。
指令在計算機內部是以2進製的數碼來表示的，位數可以是8位、16位、32位等等。每一條指令的執行一般都是由乙個特定的硬體電路或一組硬體電路來實現。
指令系統：全部機器指令的集合稱為指令系統。
二、指令格式
操作碼：是一條指令的操作型別或作用；
運算元：代表需要處理的數，或參與運算元的位址。
在一條指令中，操作碼有且只能有乙個，而運算元可以不止乙個，也可以乙個沒有。有些計算機系統中要求每條指令的位數是相同的，有些計算機系統中指令的位數可以是不同的，一般來說操作碼的位數是相同的，而運算元的位數有可能不同。對乙個包括n位的操作碼來說，最多可以表示2n條指令。
三、指令系統例項
某計算機系統中，指令字長為16位，操作碼為8位，操作碼為8位，acc為暫存器，累加器。8位位址匯流排，16位資料匯流排。
下面我們來編制程式實現：，其中x存放在07h儲存單元中，計算結果儲存在08h單元中。
一、cpu的基本結構
1) 數的儲存：暫存器、鎖存器、儲存器
2) 累加器ac：運算之前儲存乙個運算元，運算之後儲存運算結果，cpu中可以有乙個或多個累加器；
3) 通用暫存器組：可以用來儲存資料，也可以參與計算，訪問非常速度快，但一般數量不多；
4) 標誌暫存器：用來記錄cpu當前執行的一些狀態，如加減法的進製，溢位，計算結果的正負，運算結果是否為0等等；
5) 程式計數器pc：存放下一條要執行的指令的位址碼；
6) 位址暫存器ar：與位址匯流排相連，給出操作記憶體單元的位址；
7) 指令暫存器ir：儲存取出的指令碼；
8) 資料緩衝暫存器dr：與資料匯流排相連，儲存要寫入記憶體的資料或從記憶體中讀出的資料；
9) 指令解碼器：解釋指令碼的意義。
二、cpu的基本操作
1) 取指令：pc位址位址暫存器位址匯流排
控制單元讀訊號
資料匯流排資料緩衝暫存器指令暫存器解碼器操作單元
pc位址+1
2) 讀資料：位址碼位址暫存器位址匯流排
cu讀訊號
資料匯流排資料緩衝暫存器acc
3) 寫資料：位址碼位址暫存器位址匯流排
acc資料緩衝暫存器資料匯流排
cu寫訊號
舉例：計算5+6，結果儲存在08h的儲存單元中
cpu工作過程：
取操作碼取運算元取操作碼取運算元執行加法取操作碼取運算元存數停機
三、cpu的控制器和機器時鐘
cpu取指令、取運算元、存數等等的一系列的操作都可以分解為若干個微操作，同時需要cu發出相應的訊號來指揮cpu中的各個部件，以及cpu外部的各個部件協調工作。
時序：正確執行一條指令時，為該條指令中的每個微操作所安排的時間表稱為時序。計算機中的時間最基本的單位是機器時鐘，由機器時鐘可以產生出多個週期。
時鐘週期：乙個時鐘訊號的週期稱為時鐘週期；
機器週期：cpu完成乙個基本操作所需要的時間稱為機器週期；
指令週期：cpu完成一條指令所需要的時間稱為指令週期。
一、cpu控制器的設計方法
1、 數字邏輯設計方法
微操作：每條指令的執行過程可以分解為若干個小的操作，其中每個操作稱為乙個微操作。
比如：加法需要進行如下一系列操作：
acc加法器；
位址碼位址暫存器位址匯流排；
資料匯流排資料緩衝暫存器加法器；
加法器進行加法運算；
結果acc。
設計方法：
1) 分解每一條指令為若干個微操作；
2) 為每個微操作設計邏輯電路；
3) 每一條指令的控制電路由若干個微操作的邏輯電路組合而成。
缺點：1) 設計過程複雜，各條指令之間的微操作有許多是相同的；
2) cpu一經設計好，很難改變功能。
2、 微程式設計方法
微指令：將每個微操作看作是一條指令，稱為微指令；
微程式：每條指令可以看作是一段微程式；
將每條指令的微程式存放在cpu內部的儲存器中，稱為控制儲存器，一條指令的執行相當於執行一段相應的微程式。
優點：1) 設計過程相對簡單，相當於把硬體設計的一部分轉化為軟體設計；
2) 改變cpu的功能非常方便，只需修改控制儲存器中的微程式即可。
二、流水線技術
1、 流水線的基本概念：
1) 流水線的思想：每條指令的執行都可以分為若干個步驟。早期的cpu指令是序列執行的，現代的cpu是將這些步驟重疊執行。
無流水線cpu的執行過程：
3級流水線cpu的執行過程：
2) 流水線：是指把乙個重複的處理過程分解成若干個子處理過程，每個子過程可以與其它的子過程同時進行處理。
3) 8086cpu的流水線結構：
8086將cpu分為兩個部件：執行部件eu和匯流排介面部件biu。biu中有乙個16位元組的指令佇列，當佇列中出現2個以上的空位元組時，biu自動從匯流排上讀入指令填入佇列。
當遇到轉移指令時，eu向biu發出控制訊號和新位址，biu清除佇列中的內容，重新裝入指令碼。
4) 7級流水結構：現代的微處理器一般採用7級流水線。
2、 流水線的種類：指令流水線和資料流水線。
3、 流水線的問題：
1) 控制相關；
2) 部件相關；
3) 資料相關。
三、risc技術
cisc，複雜指令系統計算機(***plex instruction set ***puter)；
計算機的基本工作原理
使用者程式或文件 其他軟體 作業系統 計算機硬體 圖 1 3 計算機系統的層次結構 從圖中可以看出，作業系統向下對計算機硬體進行管理和控制，向上支援其他各種軟體，即所有其他軟體都必須在作業系統的支援下才能執行。因此，作業系統是系統軟體的核心，是其他軟體的基礎，同時也是使用者與計算機進行交流的介面軟體...
計算機的構成及工作原理
學習目標 1 熟悉計算機的構成。2 認識計算機的構成部件。3 了解計算機的工作原理。教學重點 1 熟悉計算機的基本構成。2 了解計算機的工作原理。教學難點 計算機的構成及工作原理。教學過程 一 計算機系統中需要理解的概念 1 硬體 計算機中能摸得著，看得到的部分。2 軟體 把磁碟 光碟等裝置上儲存的...
計算機原理答案
1.在8086cpu的9個標誌位中，有3位為控制標誌，它們是df,if 及 tf 2.主機與外設之間的資料傳送控制方式通常有三種，它們是程式控制方式，dma方式及 中斷 其中 dma方式的資料傳輸率最高。3.乙個中斷向量佔 4 個位元組。4.8259a設定為固定優先順序時，ir0優先順序 高 ir7...