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🚀系列专栏：计算机组成原理
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第一章——冯·诺伊曼结构计算机工作原理及层次结构分析

1. 冯·诺依曼简介

冯诺依曼（John von Neumann，1903年12月28日-1957年2月8日）,美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，是20世纪最重要的数学家之一。冯诺依曼是布达佩斯大学数学博士，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，被后人称为“现代计算机之父”、“博弈论之父”。

冯诺依曼先后执教于柏林大学和汉堡大学，1930年前往美国，后入美国籍。历任普林斯顿大学教授、普林斯顿高等研究院教授，入选美国原子能委员会会员、美国国家科学院院士。早期以算子理论、共振论、量子理论集合论等方面的研究闻名，开创了冯诺依曼代数。冯诺依曼第二次世界大战期间曾参与曼哈顿计划，为第一颗原子弹的研制作出了贡献。

冯诺依曼1944年与奥斯卡摩根斯特恩合著《博弈论与经济行为》，是博弈论学科的奠基性著作。晚年，冯诺依曼转向研究自动机理论，著有对人脑和计算机系统进行精确分析的著作《计算机与人脑》，为研制电子数学计算机提供了基础性方案。其余主要著作有《量子力学的数学基础》，《经典力学的算子方法》、《连续几何》等。

2.冯·诺依曼计算机的工作原理

1、计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、>输出设备五大部分组成。

2、程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在>存储器中，存放位置由地址确定。

3、控制器根据存放在存储器中地指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令地执行。控制器具有判断能力，能根据计算结果选择不同的工作流程。

3.冯·诺依曼计算机的组成（硬件+软件）

1）硬件系统（总体图）

硬件系统——运算器

硬件系统——控制器

硬件系统——存储器

硬件系统——输入/输出设备

2）软件系统

• 可运行思想和内容的数字化

  ​ 思想：算法、规律、方法——程序表达

  ​ 内容：图形、图像、数据、声音、文字等被处理的对象

• 软件的表现形式：程序和数据（以二进制表示的信息）

• 软件的核心：算法

软件系统的分类

• 系统软件
  操作系统等
• 支持软件
  开发工具、界面工具等
• 应用软件
  字处理软件、游戏软件等

硬件与软件系统间的关系:相互依存、协同发展

计算机的层次结构

4.计算机系统性能评价

非时间指标

时间指标

时间指标的应用思考

1、主频：即时钟频率，是指计算机 CPU 在单位时间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，主频的单位是赫兹（Hz）

2、字长：指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系。

3、内核数：指CPU 内执行指令的运算器和控制器的数量。

4、内存容量：指内存储器中能存储信息的总字节数。一般来说，内存容量越大，计算机的处理速度越快

5、运算速度：单位时间内执行的计算机指令数。单位有MIPS（Million Instructions Per Second，每秒106 条指令；BIPS（Billion Instructions Per Second，每秒109 条指令）。

6、其它性能指标：机器的兼容性、系统的可靠性、系统的可维护性等，另外，性能价格比也是一项综合性的评价计算机性能的指标。

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