冯诺依曼结构计算机的五大部分:
1、输入数据和程序的“输入设备”;
2、记忆程序和数据的“存储器”;
3、完成数据加工处理的“运算器”;
4、控制程序执行的“控制器”;
5、输出处理结果的“输出设备”。
美籍匈牙利科学家冯·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,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。由于他对现代计算机技术的突出贡献,因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机,必须具有如下功能:
把需要的程序和数据送至计算机中。
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。
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。
能够根据需要控制程序走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作。
能够按照要求将处理结果输出给用户。
冯·诺依曼体系结构是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出的,他首次提出了“程序存储、程序控制”的设计思想,其理论要点为:1、计算机系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大组件组成;2、计算机内部采用二进制表示数据和指令;3、计算机采用程序存储、程序控制技术(将程序事先存在主存储器中,计算机在工作时能在不需要人员干预的情况下,自动逐条取出指令并加以执行)。冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础,现在大多计算机仍是冯·诺依曼计算机的组织结构,只是作了一些改进而已,并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。由于他在电子计算机中所起到的关键性作用,也因此被人们称为“计算机之父”。
冯诺依曼型计算机的主要设计思想是:数字计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行。
具体内容是:
1、计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。
2、程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中,存放位置由地址确定。
3、控制器根据存放在存储器中地指令序列(程序)进行工作,并由一个程序计数器控制指令地执行。控制器具有判断能力,能根据计算结果选择不同的工作流程。
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一、相关特点
采用二进制形式表示数据和指令:在存储程序的计算机中,数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别.都是由0和1组成的代码序列,只是各自约定的含义不同而已。
计算机在读取指令时,把从计算机读到的信息看作是指令;而在读取数据时,把从计算机读到的信息看作是操作数。数据和指令在软件编制中就已加以区分,所以正常情况下两者不会产生混乱。
有时我们也把存储在存储器中的数据和指令统称为数据,因为程序信息本身也可以作为被处理的对象,进行加工处理,例如对照程序进行编译,就是将源程序当作被加工处理的对象。
二、体系结构
冯·诺依曼计算机 von Neumann machine 使用冯诺依曼体系机构的电子数字计算机。1945年6月,冯·诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program Concept),这是所有现代电子计算机的模板,被称为“冯· 诺依曼结构”。
按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机(Stored Program Computer),又称为通用计算机。冯·诺依曼计算机主要由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成。
它的的特点是:程序以二进制代码的形式存放在存储器中;所有的指令都是由操作码和地址码组成;指令在其存储过程中按照执行的顺序进行存储;以运算器和控制器作为计算机结构的中心等。冯诺依曼计算机广泛应用于数据的处理和控制方面,但是存在一定的局限性。
参考资料来源:百度百科-冯·诺依曼结构计算机
参考资料来源:百度百科-冯。诺依曼计算机
冯诺依曼的设计思想体现在三个方面:
1、计算机采用二进制逻辑
2、程序存储执行
3、计算机由五个部分组成(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。
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特点
现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。这种结构特点是“程序存储,共享数据,顺序执行”,需要 CPU 从存储器取出指令和数据进行相应的计算。主要特点有:
1、单处理机结构,机器以运算器为中心;
2、采用程序存储思想;
3、指令和数据一样可以参与运算;
4、 数据以二进制表示;
5、将软件和硬件完全分离;
6、指令由操作码和操作数组成;
7、指令顺序执行。
参考资料来源:百度百科-冯·诺依曼结构
(一)冯·诺依曼设计思想
计算机问世50年来,虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大的差别,但基本体系结构没有变,都属于冯·诺依曼计算机。
冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点:
① 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
② 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中,操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器的位置。
③ 将编好的程序和原始数据送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机应在不需操作人员干预的情况下,自动逐条取出指令和执行任务。
冯·诺依曼设计思想最重要之处在于他明确地提出了“程序存储”的概念。他的全部设计思想,实际上是对“程序存储”要领的具体化。
(二)计算机基本结构图
(图中实线为数据流,虚线为控制流),我们可以更好地理解“存储程序”和“程序控制”。
输入设备在控制器控制下输入解题程序和原始数据,控制器从存储器中依次读出程序的一条条指令,经过译码分析,发出一系列操作信号以指挥运算器、存储器等到部件完成所规定的操作功能,最后由控制器命令输出设备以适当方式输出最后结果。这一切工作都是由控制器控制、而控制器赖以控制的主要依据则是存放于存储器中的程序。人们常说,现代计算机采用的是存储程序控制方式,就是这个意思。
(三)计算机的工作过程
计算机的工作过程,就是执行程序的过程。怎样组织存储程序,涉及到计算机体系结构问题。现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。
了解了“程序存储”,再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想叫计算机工作,就得先把程序编出来,然后通过输入设备送到存储器保存起来,即程序存储。下面就是执行程序的问题。根据冯·诺依曼的设计,计算机应能自动执行程序,而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下4个基本操作:
① 取出指令:从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。
② 分析指令:把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,译出该指令对应的微操作。
③ 执行指令:根据指令译码,向各个部件发出相应控制信号,完成指令规定的各种操作。
④ 为执行下一条指令作好准备,即取出下一条指令地址。
冯·诺依曼结构
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。美藉匈牙利科学家冯·诺依曼结构(John
von
Neumann)奠定了现代计算机的基本结构,其特点是:
1)使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。
2)存储单元是定长的线性组织。
3)存储空间的单元是直接寻址的。
4)使用低级机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作。
5)对计算进行集中的顺序控制。
6)计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。
7)彩二进制形式表示数据和指令。
8)在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中,然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。
这就是存储程序概念的基本原理。
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