冯诺依曼体系结构

1.冯·诺依曼体系结构概述

数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则(采用二进制、程序存储、顺序执行),以及计算机的五个组成部分(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备),这套理论被称为冯·诺依曼体系结构,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。

冯·诺依曼最先提出程序存储的思想,并成功将其运用在计算机的设计之中。冯·诺伊曼体系结构是现代计算机的基础,现在大多计算机仍是冯·诺伊曼计算机的组织结构,因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。

2.冯·诺依曼体系结构特点:

(1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示。

(2)指令和数据不加区别混合存储在同一个 存储器 中(硬盘)

(3)顺序执行程序的每一条指令。(重点是“顺序”)

3.冯·诺依曼体系结构的计算机必须具备功能:

(1)把需要的程序和数据送至计算机中(复制)

(2)必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力(硬盘)

(3)能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力(ALU)

(4)能够根据需要控制程序的走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作。

(5)能够按照要求将处理的结果输出给用户。

4.冯·诺依曼体系工作原理(CPU工作原理)

程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。冯·诺依曼型计算机从本质上讲是采用串行顺序处理的工作机制,即使有关数据已经准备好了,也必须逐条执行指令序列,如下图所示:

  

 具体过程:

(1)预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列(就是程序)和原始数据输入到计算机内存中(拷贝),每条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数,进行什么操作,然后送到什么地方去等步骤。

(2)计算机在执行时,先从内存中取出第一条指令,通过控制器的译码器接收指令的要求,再从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等,然后再按地址把结果送到内存中,如果需要向硬盘等存储设备存储数据,还需要将内存中的该数据存储到硬盘中。接下来取出第2条指令,在控制器的指挥下完成规定操作,依次进行下去,直到遇到停止指令。

(3)计算机中基本上有两股信息在流动,一种是数据,即各种原始数据、中间结果和程序等,另一种信息是控制信息,它控制机器的各种部件执行指令规定的各种操作。

 

参考文档:

冯诺依曼体系结构

 

posted @ 2020-02-05 13:21  李子恒  阅读(10405)  评论(0编辑  收藏  举报