计算机科学概论 9.2分
读书笔记 计算部件——冯诺依曼体系结构
john_wang

冯·诺依曼体系结构有5个组成部分:内存、算数逻辑部件、输入设备、输出设备和控制器。
运算器可以看做算数逻辑部件
存放数据和指令的内存部件
把数据执行算术和逻辑运算的算术逻辑部件
把数据从外部世界转移到计算机中的输入部件
把结果从计算机内部转移到外部世界的输出部件
担当舞台监督、确保其他部件都参与了表演的控制器

内存

每个存储单元(称为位)能存放1或0,这些位被组合成字节(8位),字节被组合成字。内存是存储单元的集合,每个存储单元有一个唯一的物理地址。这里用通称单元。而不是用字节,因为不同机器中每个可编址的位置的位数(称为可编址性)不同。目前大多数计算机都是字节可编址的。

可编址性:内存中每个可编址位置存储的位数

内存的存储单元是从0开始连续编号的

算术逻辑部件

算术逻辑部件(ALU):执行算术运算(加法、减法、乘法和除法)和逻辑运算(两个值的比较)的计算机部件。
大多数现代ALU都有少量的特殊存储单元,称为寄存器。寄存器能容纳一个字,用于存放立刻被再次用到的信息。
寄存器:CPU上的一小块存储区域,用于存储中间值或特殊数据。

输入/输出部件

输入部件(input unit):接收要存储在内存中的数据的设备。
输出部件(output unit):一种设备,用于把存储在内存中的数据打印或者显示出来,或者把存储在内存或其他设备中的信息制成一个永久副本。

控制器

控制器(control unit)掌握着读取-执行周期,是计算机中的组织力量。
指令寄存器(instruction register,IR):存放当前执行的指令的寄存器。
程序计数器(program counter ,PC):存放下一条要执行的指令的寄存器。
中央处理器(CPU):算数逻辑部件和控制器的组合。是计算机用于解释和执行指令的“大脑”。
总线(bus):把机器的主要组成部分连接在一起的一组电线,数据在这组电线中流动。
主板(motherboard):个人计算机的主电路板。

读取-执行周期

步骤如下:
读取下一条指令
译解指令
如果需要,获取数据
执行指令

RAM和ROM

ROM是只读存储器(Read Only Memory)的缩写。内容不能更改,是永久的。存储操作不能改变它们。经常启动的软件也存储在ROM中,以免每次开机都要读取软件。
RAM是随机存取存储器(random access memory,RAM)又称作“随机存储器”,是与CPU直接交换数据的内部存储器,也叫主存(内存)。它可以随时读写,而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介,易失型,而ROM没有。也就是说关闭电源后,RAM不再保留它的位配置。但是ROM仍然保留这些配置。ROM中的位组合是永久性的。由于ROM稳定,不能更改,所以用它来存储计算机启动自身需要的指令。
注意,ROM也是随机访问的

二级存储设备

磁带
读卡器和卡片穿孔机是最早期的输入和输出设备之一。
第一种真正的大容量辅助存储设备是磁带驱动器
有一个严重的缺点:如果访问磁带中间的数据,则必须访问这个数据之前的所有数据并丢弃他们。虽然现代流式磁带系统,但是从物理上讲磁带仍要经过读写头,磁带的任何物理移动都是费时的。
磁盘
磁道(track):磁盘表面的同心圆
扇区(sector):磁道的一个区
块(block):存储在扇区中的信息
寻道时间(seek time):读写头定位到指定的磁道所花费的时间
等待时间(latency):把指定的扇区定位到读写头之下所花费的时间
存取时间(access time):开始读取一个数据块之前花费的时间,即寻址时间和等待时间之和。
传送速率(transfer rate):数据从磁盘传输到内存的速率。
柱面(cylinder):所有磁盘表面的同心磁道的集合。(空间思想理解柱面)

CD和DVD

CD是光盘(Compact Disk)的缩写.
CD驱动器使用激光读取存储在塑料盘片上的信息。
没有同心磁道,只有一个从里向外盘旋的螺旋磁道。
数据是均匀分布在整个光盘上的,因此磁道外边缘初存储的信息比较多。
CD-DA是数字音频光盘(Compact Disc DigitalAudio)的缩写,说明了录音采用的格式。
CD-ROM是光盘只读存储器(Compact disc read-only memory)的缩写。
DVD是数字化视频光盘(Digital Versatile Disc)的缩写,nengg
CD-WORM是一次写入多次读出光盘(Write Once,ReadMany)的缩写,这种技术,可以在制造出CD之后才刻录信息。这种格式通常用于归档数据,数据刻录之后不能再更改,最后,缩写RW或RAW表示光盘是既能读又能写的。
注:CD-ROM和DVD-ROM的速度单位是X。

触摸屏

特殊的I/O设备————触摸屏
电阻式触摸屏
两层组成,每层都由导电材料制成,一层是水平线,另一层是竖直线。两个分层之间有非常小的空隙。当上面的分层被按下后,它将与下面的分层接触,使电流流通,接触的竖直线和水平线说明了触摸屏幕的位置。
电容式触摸屏
红外触摸屏
声表面波(SAW)触摸屏
触摸屏各有特点,适用于不同的情况。

非冯·诺依曼体系结构

1990年起,并行处理系统进入了市场,它们有能力以更高的速度处理更多的数据。
比如哈佛结构
第一种并行方法
是用多个处理器把同一个程序应用到多个数据集上。
此方法称为————>同步处理
第二种配置
按照一前一后的方法安排处理器,使每个处理器负责整个计算过程找那个的一部分,
这种方法称为————>流水线操作
第三种配置
让不同的处理器对不同数据进行不同的操作。使用这种配置,处理器大部分时间可以独立工作,但会出现处理器之间的协调问题。这使得每个处理器有一个本地内存和一个共享内存,处理器通过共享内存进行通信。
这种方法称为————>共享内存

0
《计算机科学概论》的全部笔记 4篇
豆瓣
免费下载 iOS / Android 版客户端