現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都是以二進(jìn)制存儲的程序，這樣的計(jì)算機(jī)都叫馮諾依曼計(jì)算機(jī)。
馮諾依曼計(jì)算機(jī)特點(diǎn)
1馮諾依曼計(jì)算機(jī)有5大組成部分，運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備
2指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，可以按地址尋訪
3指令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示
4指令由操作碼和地址碼組成
5能存儲程序
6以運(yùn)算器為中心
現(xiàn)階段指令和數(shù)據(jù)是可以放在不同的cash中，如運(yùn)算器和控制器整合到CPU中
如上，我們的計(jì)算機(jī)硬件框圖可以如上，實(shí)線表示數(shù)據(jù)，虛線表示控制指令。
運(yùn)算器，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算
控制器，提供控制指令控制程序運(yùn)行
輸入設(shè)備，將信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器識別形式
輸出設(shè)備，將機(jī)器信息轉(zhuǎn)換成人熟悉的形式
存儲器，存放數(shù)據(jù)和程序
馮諾依曼計(jì)算機(jī)的瓶頸
1以運(yùn)算器為中心，導(dǎo)致運(yùn)算器成為瓶頸
2不具有層次劃分
我們創(chuàng)建了以存儲器為中心的計(jì)算機(jī)框圖如上，但是這樣的系統(tǒng)仍然存在層次不夠分明的情況
如上，我們進(jìn)行層次劃分，運(yùn)算器ALU，控制器CU，一起構(gòu)成CPU，存儲器分為主存和輔存，又和CPU一起構(gòu)成主機(jī)，輸入輸出設(shè)備作為IO設(shè)備，和主機(jī)一起構(gòu)成了硬件
系統(tǒng)復(fù)雜性管理的方法3Y
層次化Hierachy，將被設(shè)計(jì)的系統(tǒng)劃分為多個模塊或子模塊
模塊化Modularity，有明確定義的功能和接口
規(guī)則性regularity，模塊更容易被重用
用程序來理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型
比如說我想一個問題來讓計(jì)算機(jī)解決，我們需要先考慮計(jì)算機(jī)能否實(shí)現(xiàn)，即可計(jì)算性的問題，是否存在y=f（x）這樣的映射，如果問題就是計(jì)算機(jī)能解決的，我們就可以加工計(jì)算機(jī)程序
1上機(jī)前準(zhǔn)備：
建立數(shù)學(xué)模型，比如我們確定了要計(jì)算y=sinx
確定計(jì)算方法，計(jì)算機(jī)指令集并不包括sin求法，我們可以轉(zhuǎn)為泰勒公式展開計(jì)算
編制解題程序，程序，運(yùn)算的全部步驟，指令，每個步驟
舉個例子計(jì)算y=ax2+bx+c，我們假設(shè)a,b,c已經(jīng)保存到存儲器，將x取到運(yùn)算器，乘x放置運(yùn)算器中，乘a放到運(yùn)算器，把a(bǔ)x2放到存儲器，b放到運(yùn)算器中，乘x放到運(yùn)算器，最后加ax2+c計(jì)算結(jié)果，輸出到輸入設(shè)備。
當(dāng)然我們可以使用因數(shù)提取方法，x提取至運(yùn)算器，乘以a放在運(yùn)算器+b放在運(yùn)算器，乘以x放到運(yùn)算器，最后加c放到運(yùn)算器，可以看到執(zhí)行的步驟會減少
指令格式舉例
操作碼? ? ? ? ? ?地址碼? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 實(shí)現(xiàn)操作
000001? ? ?0000001000? ? ? ? ? ? ? a-[ACC]
假設(shè)a的地址8，取數(shù)操作是000001,則指令實(shí)現(xiàn)將a放到累加器中
當(dāng)然還有很多指令
如上，我們對計(jì)算多項(xiàng)式結(jié)果的指令程序清單放到上面，上面就是馮諾依曼計(jì)算機(jī)的指定演示。
存儲器的基本組成
存儲體由若干存儲單元組成，存儲單元又有多個存儲元件組成，存儲單元存放一串二進(jìn)制代碼，存儲單元存放二進(jìn)制代碼的組合稱為存儲字，存儲字長-存儲單元二進(jìn)制碼
我們可以看到存儲體包含MAR,MDR，其中MAR是存儲器地址寄存器，反映存儲單元的個數(shù)，MDR存儲器的數(shù)據(jù)寄存器，反映存儲字長
我們假設(shè)MAR是4位，MDR8位，則存儲字長8，設(shè)存儲單元16，則可按下圖的長方體理解
上面我們就知道了存儲器的基本結(jié)構(gòu)和工作過程
運(yùn)算器的基本功能
運(yùn)算器的功能：完成算數(shù)邏輯運(yùn)算，ALU
我們需要累加器ACC，還有數(shù)據(jù)存儲器存儲數(shù)據(jù)，如果我們做乘法或還需要考慮MQ來實(shí)現(xiàn)處理多出來的位數(shù)
如上x就是放在數(shù)據(jù)寄存器
如上，我們計(jì)算加法，那X就是放在數(shù)據(jù)寄存器，被加數(shù)是放在ACC中，計(jì)算結(jié)果也是在ACC中，如果是減法，類似。乘法呢，由于可能會出現(xiàn)越界，把結(jié)果放到ACC和MQ分高低位存儲，使用累加和移位實(shí)現(xiàn)乘法計(jì)算。除法則商放到MQ，余數(shù)放到ACC
加法操作過程
如上加法過程：我們首先有指令? 加M（M為X的地址），然后ACC就存儲被加數(shù)，數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)存單元）就存放X，我們把X提取，和ACC中的數(shù)值相加存儲到ACC中（注意，我們所有的操作都默認(rèn)是被操作數(shù)已經(jīng)被讀取到相應(yīng)的單元）
減法操作過程
如上，和加法類似，也是指令為減M，然后ACC存儲被減數(shù)，M為存放X的地址，取值后放到ACC中減法操作
乘法操作過程
乘法過程如上，稍微復(fù)雜點(diǎn)。獲得指令后，把乘數(shù)放到MQ中，把ACC的內(nèi)容即被乘數(shù)放到x中，這是ACC要進(jìn)行清零，然后將X,MQ的乘積結(jié)果高、低位分別放到ACC和MQ中，我們的4條過程是有一定順序的，但是前兩條先后順序不限，是可以同時(shí)進(jìn)行的，這部分的順序控制就是控制器CU進(jìn)行
除法操作過程
上面也沒什么說的，就是ACC讀取被除數(shù)，M地址獲得X除數(shù)，將余數(shù)放到ACC中，將商放到MQ中，所以我們看到MQ乘除法都有放結(jié)果，也叫乘商寄存器
