初识冯诺依曼体系结构

目录

1.冯诺依曼体系结构

2.冯诺依曼体系的原理

3.数据流向

4.冯诺依曼体系的意义

1.冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

（1）输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等；

（2）中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等，读取运行速度很快；

（3）输出单元：显示器，打印机等

（4）这里的存储器指的是内存

（5）输入输出设备一般称为外围设备，读取速度一般都比较慢，所以CPU不能访问外设，外设要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取，一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。其实这也一定程度上解决了CPU和外设速度不匹配的问题。因为有了内存的存在，我们可以对数据做预加载，当cpu需要进行数据计算的时候，直接向内存要就可以了。

2.冯诺依曼体系的原理

（1）运算器:负责执行算术运算和逻辑运算，由算术逻辑单元(ALU) 和一些寄存器组成。运算器的操作对象和操作种类由控制器决定，运算器操作的数据从内存中读取，处理的结果再写入内存或者暂时存放在内部寄存器中。

（2）控制器:负责控制整个计算机的工作流程，由指令寄存器、指令译码器、指令计数器、程序状态字寄存器等组成。控制器的工作流程为:从内存中取指令、翻译指令、分析指令，然后根据指令向有关部件发送控制命令，控制相关部件执行指令所包含的操作。

（3）存储器:负责存储程序和数据，即内存，内存是用来存放欲执行的程序和数据，可以被CPU随机读取，一般分为随机存储器(RAM) 和只读存储器(ROM) 。

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3.数据流向

对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上 qq 开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。

答：当我们在输入设备上输入信息后，信息会到内存，CPU会对信息加密然后写回到内存，然后该信息会显示到输出设备显示屏，这个时候你就可以看到你写的消息；同时网卡会读取内存里面的数据输出到网络中，该信息被对方计算机的网卡读取到内存在中，CPU处理解密数据并返回内存，最后显示屏上会显示内存中的信息。

我们可以发现输入输出设备有时候可以相互转换的。

4.冯诺依曼体系的意义

冯诺依曼体系的出现将最初的硬件化程序变为可编程、可存储编码，放在存储器中，随意使用。

冯.诺依曼结构中，将程序和数据一样看待，将程序编码为数据，然后与数据一同存放在存储器中，这样计算机就可以调用存储器中的程序来处理数据了。要知道，早期的计算机设计中，程序和数据是俩个截然不同的概念，数据放在存储器中，而程序作为控制器的一部分，这样的计算机计算效率低。

意味着，无论什么程序，最终都是会转换为数据的形式存储在存储器中，要执行相应的程序只需要从存储器中依次取出指令、执行，冯.诺依曼结构的灵魂所在正是这里：减少了硬件的连接，这种设计思想导致了硬件和软件的分离，即硬件设计和程序设计可以分开执行。

概括的来讲，冯.诺依曼结构消除了原始计算机体系中，程序作为控制器的一部分，作为硬件存在的缺陷。而将程序编码存储在存储器中，实现了可编程的计算机功能，实现了硬件设计和程序设计的分离，大大促进了计算机的发展。