馮諾依曼體系結構


1.馮·諾依曼體系結構概述

數學家馮·諾依曼提出了計算機制造的三個基本原則(采用二進制、程序存儲、順序執行),以及計算機的五個組成部分(運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備),這套理論被稱為馮·諾依曼體系結構,根據這一原理制造的計算機被稱為馮·諾依曼結構計算機。

馮·諾依曼最先提出程序存儲的思想,並成功將其運用在計算機的設計之中。馮·諾伊曼體系結構是現代計算機的基礎,現在大多計算機仍是馮·諾伊曼計算機的組織結構,因此馮·諾依曼又被稱為“現代計算機之父”。

2.馮·諾依曼體系結構特點:

(1)計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示。

(2)指令和數據不加區別混合存儲在同一個 存儲器 中(硬盤)

(3)順序執行程序的每一條指令。(重點是“順序”)

3.馮·諾依曼體系結構的計算機必須具備功能:

(1)把需要的程序和數據送至計算機中(復制)

(2)必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力(硬盤)

(3)能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力(ALU)

(4)能夠根據需要控制程序的走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。

(5)能夠按照要求將處理的結果輸出給用戶。

4.馮·諾依曼體系工作原理(CPU工作原理)

程序的執行過程實際上是不斷地取出指令、分析指令、執行指令的過程。馮·諾依曼型計算機從本質上講是采用串行順序處理的工作機制,即使有關數據已經准備好了,也必須逐條執行指令序列,如下圖所示:

  

 具體過程:

(1)預先把指揮計算機如何進行操作的指令序列(就是程序)和原始數據輸入到計算機內存中(拷貝),每條指令中明確規定了計算機從哪個地址取數,進行什么操作,然后送到什么地方去等步驟。

(2)計算機在執行時,先從內存中取出第一條指令,通過控制器的譯碼器接收指令的要求,再從存儲器中取出數據進行指定的運算和邏輯操作等,然后再按地址把結果送到內存中,如果需要向硬盤等存儲設備存儲數據,還需要將內存中的該數據存儲到硬盤中。接下來取出第2條指令,在控制器的指揮下完成規定操作,依次進行下去,直到遇到停止指令。

(3)計算機中基本上有兩股信息在流動,一種是數據,即各種原始數據、中間結果和程序等,另一種信息是控制信息,它控制機器的各種部件執行指令規定的各種操作。

 

參考文檔:

馮諾依曼體系結構

 


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