一、硬件构成

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。

冯诺依曼体系在硬件结构上分为以下几个部分：

输入设备：包括键盘，鼠标，扫描仪，写板，磁盘等
存储器：内存
中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
输出设备：显示器，打印机等

这些硬件的简易组成方式为：

计算机是用来进行数据计算的，所以我们要先通过输入设备来把数据传输给计算机，并通过中央处理器的计算后，把计算结果通过输出设备传输出去。

那么，在冯诺依曼体系中，存储器起到的作用是什么？我们为什么需要内存呢？

我们一般把输入设备与输出设备称为外围设备，简称外设，外设一般都会比较慢。

以磁盘为例：相对于内存，磁盘的读写速度非常慢。而 CPU 中的存储器的读取速度又要快于内存。根据木桶原理，一个木桶能装多少水，不是取决于这个木桶最长的那个木板，而是最短的那个。因此，如果 CPU 直接从磁盘中读取数据并处理的话，速度会非常慢，浪费了 CPU 的性能。

为了解决这个问题，就有了内存的出现。在计算机工作时，内存可以临时存储数据。例如当 CPU 在计算A任务时，内存可以预先将B任务加载进来，CPU 处理完A任务，就直接从内存中读取B任务的数据。

因为有了内存的存在，我们可以对数据进行预加载，CPU 以后在进行数据计算的时候，就不需要访问外设了，直接从内存中读取就可以了。

结论1：在数据信号层面，一般 CPU 不与外设直接沟通，而是只与内存直接沟通。

了解了以上内容后，我们可以用硬件的方案来解释一些软件的行为：

我们编译出的可执行程序是一个文件。而文件都保存在磁盘中，磁盘是一个外设。所以我们在运行这个可执行程序的时候，必须要先把它加载到内存之中，这是计算机的体系结构决定的。

众所周知，计算机开机的过程是加载操作系统的过程。而之所以需要加载操作系统，是因为 CPU 只能从内存中读取数据。

二、数据流动

我们用一个例子来解释数据的流动过程：假设你与你的朋友在用qq聊天，你给他发送了一个“你好”，并被他看到。这是一个什么样的过程呢？

假设你与朋友的电脑都是冯诺依曼体系的，不考虑中间网络的相关知识，模型如下：

我们只考虑硬件层面。你在键盘上输入消息，这些消息被加载进内存，CPU 从内存中读取这些数据并进行计算加密。CPU 计算完成后把结果写回内存，并把该数据传输到输出设备。这里传输到输出设备是两个动作，第一是把你输入的消息刷新显示在你自己的显示器上，第二是把数据通过网卡发送到网络里（具体过程忽略）。朋友再通过他的输入设备（网卡）获取数据并交给内存，CPU从内存中读取数据，并进行解密计算，计算完成后把数据写回内存，最终把数据显示在朋友的显示器上。

电脑的硬件决定了数据在流动的时候必须要遵守冯诺依曼的规则。数据从输入设备只能到达内存，无法到达其他地方。

结论2：在数据信号层面，一般外设只与内存直接沟通。

有些设备既可以当作输入设备，又可以作为输出设备，比如网卡、磁盘等等。

我们在qq聊天的过程中，加密解密的算法、网卡发送等等操作都是qq这个软件内部执行的，我们目前无需考虑。

补充内容：我们日常使用的 printf 函数与 scanf 函数，其实就是软件在获取输入设备中的数据以及读取内存中的数据。

以上就是冯诺依曼体系的相关内容，希望同学们多多支持，如果有不对的地方希望大佬指正，谢谢！

【Linux】冯诺依曼体系结构相关推荐

Linux 冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系是现代计算机的硬件体系结构包含了五大硬件单元: 输入设备:键盘.鼠标.麦克风输出设备:显示器.打印机存储器:内存运算器:中央处理器-CPU 控制器:中央处理器-CPU 图示: 使用 ...
[Linux]冯诺依曼体系结构
【我在异世界学Linux】认识冯诺依曼体系结构
文章目录一.冯诺依曼体系结构是什么二.冯诺依曼为什么要这么设计? 三.内存是怎么提高效率的呢? 解释:程序要运行,必须加载到内存四.和QQ好友聊天的时候,数据是怎么流向的? 一.冯诺依曼体系结构 ...
【Linux】冯诺依曼体系结构、操作系统及进程概念
文章目录一.冯诺依曼体系结构二.操作系统(OS) 三.系统调用和库函数四.进程 4.1概念 4.2描述进程-PCB 4.3查看进程 4.4与系统相关的系统调用 4.5系统调用获取进程标示符 4. ...
冯诺依曼体系结构与操作系统的概念及理解
一. 冯诺依曼体系结构 1.概念 2.内存的作用 3.硬件原理解释软件行为二.操作系统的概念及基本作用 1.概念 2.设计操作系统的目的 3.操作系统的主要作用 4.什么是管理 5.管理的目的 6. ...
计算机组成原理---冯诺依曼体系结构及性能和功耗
文章总结摘要自徐文浩老师的<深入浅出计算机组成原理> 文章目录一.计算机的基本硬件组成二.冯诺依曼体系结构性能计算机的计时单位:CPU 时钟功耗并行优化,理解阿姆达尔定律总结 ...
深入 Linux PAM 体系结构
深入 Linux PAM 体系结构<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office&qu ...
冯诺依曼体系结构_极简体系结构之一：冯诺依曼体系结构
如果要评选计算机领域最重要的理论发明,我会投票给「冯诺依曼体系结构」(von Neumann architecture).冯诺依曼体系结构于1945年被数学家.计算机科学家「冯诺依曼」在论文<F ...
冯诺依曼体系结构（现代计算机的原型）+cpu的两个核心指标
1.计算机主要分为三大部分:cpu(中央处理器),内存,主板对我学编程而言内存分为三部分:栈区(存放局部变量),堆区(负责动态分配),静态区(存放全局变量和静态变量) 主板负责承接计算机的各个部分 ...
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. ( ...

【Linux】冯诺依曼体系结构

一、硬件构成

二、数据流动

【Linux】冯诺依曼体系结构相关推荐

最新文章

热门文章