你玩电脑那么久了,你能说清楚一台电脑有哪些硬件吗?你望了望你那陪你日夜奋战电脑慢慢说道,有鼠标、键盘、显示器、主机、主机里面好像还有CPU、内存、主板、硬盘大概这些吧。我猜有用过电脑的人大概都能回答出这种答案,那你知道计算机为什么会被设计成这样子吗?至于这个专业的问题还是让我们的计算机之父冯诺依曼来告诉你吧,他提出的计算机体系结构可是现代计算机发展的基础,我们一起来解锁这个硬核知识点吧。

冯老说计算机硬件得由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成,它们各司其职精益求精。你看那小小的CPU可是身兼多职,那里面就集成了运算器和控制器,运算器负责加工数据,控制器负责控制程序执行。内存硬盘这些负责记住数据统统叫做存储设备,鼠标键盘这类负责接收外部输入就称为输入设备,显示器打印机这些输出处理结果的就叫做输出设备。你看这样归类就简单明了多了。

冯老不仅总结了计算机的硬件构成,还定义了计算机处理的数据和指令一律得使用二进制数表示,并且明确指出计算机的工作流程:计算机运行过程中首先要把执行的程序和处理的数据先存入主存储器(内存),等待执行程序时就自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行,这一概念称作顺序执行程序。整体的工作流程如下图所示

计算机硬件体系结构五大基本部件(一个工厂让你秒懂计算机体系结构)(1)

控制器负责从存取器顺序获取控制指令对各个部件进行信号控制操作,我们从数据流传递方向上看

① 数据先由输入设备输入到存储器中。

② 运算器从存储器中获取数据进行计算并把计算结果写回存储器。

③ 输出设备从存储器中获取需要显示的数据进行显示。

这个过程我们可以类比成工厂生产产品的流程,控制器就像工厂的指挥中心,指挥着各个部门的协作,输入设备就像原材料采购部,存储器就像是仓库,原材料采购完先存入仓库中,运算器就好比是加工车间,加工车间从仓库中获取原材料进行加工形成产品,然后把产品重新放回仓库中,输出设备就像是产品部,最后它从仓库中取出产品。

最后,我们来总结一下,任何一台计算机的任何一个部件都可以归到运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备中,而所有的现代计算机也都是基于这个基础架构来设计开发的。计算机的工作流程可以抽象为从输入设备读取输入信息,通过运算器控制器来执行存储在存储器里的程序,最终把结果输出到输出设备中。而我们所有撰写的无论高级还是低级语言的程序,也都是基于这样一个抽象框架来进行运作的。

再扩展一点知识,随着计算机的发展冯诺依曼体系结构之后还诞生了哈佛体系结构,它们之间的差别也仅仅只是数据与程序是否一起进行存储的问题,如果你感兴趣可以网上找资料研究研究,目前PC上基本上还是冯诺依曼体系,智能手机上会应用哈佛体系结构,好了,我们就先简单掌握这点计算机体系必要知识,编码实践中去逐步理解消化,跟着我一点点一层层扎实自己的编程根基。

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