冯诺依曼体系结构

存储程序式计算机也称为冯诺依曼式计算机

1.组成：分为五个部分，它们之间以总线相连

通过执行一个简单相加指令举例：

      

   举例：存储器中一条命令，假设这条命令执行这样一条动作，ADD  123  321，ADD表示要做的事情（相加），后面是参数相加动作的两个数，

（1）通过命令记录员找到当前执行到的命令，并将命令提取出来放到命令控制器中的指令暂存处

（2）接着控制器中的命令解释器对命令进行解释，并将解释结果传给控制信号产生器产生相应的控制信号

（3）在控制器的控制下，将两个数再从存储器中提取出来，分别放到运算器的两个数据缓存区中（数据暂存）

（4）接着控制器产生一个控制信号告诉电路做这两个数的加法，相加得到运算结果.

      总结：控制器从存储器取出一条命令，然后对命令进行解析，按照命令的要求把相应参与运算的数据取出，放到运算器，运算器计算获得结果,最后输出到输出设备上.执行

完这条命令后，转到下一条命令继续执行.

2.存储器的结构和特点

     2.1衡量存储空间大小的度量单位

在计算机中能存储的最小的数是1或0，我们讲存储一个1或0的控件称为位（Bit），通常为了使用和程序编写，将8个位称为一个字节（BYTE）.

      2.2存储器的种类

2.3存储设备：

寄存器：

（1）处于CPU内部和算术逻辑单元直接相连，算数逻辑单元直接对寄存器进行读写操作

（2）一次存取数据花费0.X纳秒的时间，非常接近算术逻辑单元的 计算速度

（3）很昂贵，容量很小

高速缓存 Cache:

（1）通常由静态随机存储器(SRAM)制成，比寄存器便宜

（2）高速缓存分为内部高速缓存和外部高速缓存（内部高速缓存在CPU中，外部高速缓存在主板上）

（3）通常可以分为1到3级，不同级的工作频率不同

（4）不需要刷新电路即能保存内部存储的数据

内存：

（1）通常由动态随机存储器 (DRAM)制成

（2）程序普通执行时的程序指令和很多用到的数据都放在内存中

（3）临时存放，断电丢失

外存：

（1）最常用的就是磁盘和闪存(Flash EPROM)

（2）数据断电后不丢失

（3）现在常用的外存有磁盘和固态硬盘

（4）容量大，速度慢（相对上面提到的）

显存：

（1）全称是显示存储器

（2）专门存储要显示的图像数据

（3）一般和内存一样，由DRAM构成

      举例 说明：

这时常用的DDR3内存的截图

其中：240pin表示有240个引脚，类型是DDR3，工作频率1600M.

   通过一级缓存，二级缓存，三级缓存为CPU提供数据的供应链，CPU可以看成是工厂，缓存可以看成是仓库，仓库提供给工厂数据.在这种数据供应机制下，CPU先从最近的缓存开始找，如果找到了直接访问数据，如果没有找到，就会到更远的缓存去找，如果在更远的缓存里面找到了数据，就将整个数据块加载到离它更近的缓存中,从而使得对这个数据块的访问都可以在更高的缓存中进行.通过这些措施，尽量减少可能的”慢”的读写操作.

磁盘的原理和磁带一样，都是用一层薄薄的磁性材料来存储信息，每一个bit的不同磁场方向就分别代表了0和1，用磁头的电流就可以改变磁场的方向，从而改变存储信息。闪存的电荷漏电速度很慢，可以看成 是一种掉电也能用的存储设备，常用闪存是U盘和固态硬盘.

3.程序运行的基本原理：

要执行指令：，红色的为指令码，黑色的是操作数

指令包含两个部分，一部分时指令码，一部分时操作数，这里的操作数是一个地址00011110，在这个地址里面放了数据01001011,该指令要完成的事情是对数据进行加1的操作.

详细执行过程：

（1） 程序计数器PC将指令的地址发送给地址寄存器AR

（2）地址寄存器到响应的存储单元中将指令取出放入指令寄存器

（3） 指令寄存器将指令交给指令译码器ID进行译码，经过分析这条指令的操作数是一个地址

（4）控制器将指令中的地址传回地址寄存器AR

（6）在控制器的协调下，到相应的存储器中取出数据，将其送到运算器的缓冲寄存器DR

（7）缓冲寄存器将数据送到算数逻辑单元ALU

（8）操作控制器发送一个加一操作的信号给算数逻辑单元ALU

（9）ALU完成运算，并将运算结果放回到累加器中

主要步骤：按照地址去指令，按照地址取数据，发送运算信号，完成运算

程序的运行：

机器 只能执行二进制码

执行如下三行代码：

a = 4;

b =3;

c=a b;

程序的执行过程：

   （1）对于某个程序而言，在内存中会开辟两个区域，一个是代码区，一个是数据区，首先程序计数器指向待执行的第一条程序mov a,4 

   （2）执行mov a,4,将数据区相应区域给变量a赋值为4，然后程序计数器指向下一条语句，mov b,3

         （3）执行mov b,3,将数据区中变量b相应的位置被赋值为3，然后程序计数器指向下一条语句

   （4）执行mov eax,a (eax代表运算器中的累加寄存器),控制器先去访问数据区中a的值，将值取出送到累加器中,然后程序计数器指向下一条语句

   （5）执行add eax,b,即将累加器中值与b的值相加，控制器先取出数据区中b的值3，送到运算器的缓冲寄存器，然后通过ALU完成相加的运算，结果存放在累加器中，然后程序计数器指向下一条语句

（6）执行mov c,eax  ,含义是将累加器的值传递给变量c中,程序执行完毕

小结：

程序必须要经过编译才转换成CPU所能接收的指令.

一句程序有可能转换为多句指令

程序执行过程是在内存中完成的

程序在执行过程中，在内存中的不同区域，存放代码和相关数据