馮諾依曼計算機體系結構

經典的馮諾依曼體系結構圖

什么是馮諾依曼體系

馮諾依曼體系是一種將程序指令操作器和數據存儲器合並在一起的存儲器結構。

在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即:取指令、指令譯碼和執行指令。

在馮諾依曼體系中，指令和數據以同等的地位存放於儲存器中；指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示操作數所在儲存器中的位置；

包括五大硬件單元

1. 儲存器

用來存放數據和程序。計算機中的全部信息，包括原始的輸入數據，經過初步加工的中間數據以及最后處理完成的有用信息都儲存在存儲器中，而且，指揮計算機運行的各種程序，即規定對輸入數據如何進行加工處理的一系列指令也都存放於存儲器中。存儲器包括內存儲器（內存）和外存儲器（外存）。

2. 運算器

又稱算術邏輯單元（ALU），主要運行算術運算（加、減、乘、除）和邏輯運算（與、或、非、異或、比較），並將中間結果暫存到運算器中；

3. 控制器

又稱控制單元（CU）,主要用來控制和指揮程序和數據的輸入運行以及處理運算結果；主要由指令寄存器、譯碼器、程序計數器、操作控制器等組成。

4. 輸入設備

用來將人們熟悉的信息形式轉換為計算機能夠識別的信息形式，常見的有鍵盤、鼠標等；

5. 輸出設備

可以將計算器運算結果轉換為人們熟悉的信息形式，如打印機輸出、顯示器輸出；

由於運算器和控制器在邏輯關系和電路結構上聯系十分緊密，通常將他們合起來統稱中央處理器，簡稱CPU，輸入輸出設備簡稱為I/O設備。ALU和CU是CPU的核心部件,I/O設備也受CU控制，用來完成相應的輸入輸出操作。

根據馮諾依曼體系構成的計算機所具備的功能：

1. 把需要的程序和數據送至計算機中；

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；

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；

4. 能夠按照要求將處理結果輸出給客戶。

工作原理（流程）

輸入設備獲取數據存儲到內存中，CPU從內存中取出數據並進行處理，運算完畢后再交給內存，內存將CPU處理過的數據交給輸出設備，有輸出設備進行數據的輸出。

注意

1. 存儲器指的是內存，不是磁盤；

2. 不考慮緩存的情況下，這里的CPU能且只能對內存進行讀寫，不能訪問外設；

3. 外設要進行輸入或者輸出數據時，也只能寫入內存或者從內存中讀取數據；

4. 所有設備都只能直接和內存打交道。