冯·诺依曼体系结构 -- 理解

2024-05-09 07:02:19

冯·诺依曼体系结构

一、背景

从20世纪初，物理学和电子科学家们就在争论制造可以进行数值计算的计算器应该采用什么样的结构。人们被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰。所以，那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。直到20世纪30年代中期，美国科学家冯·诺依曼就大胆的提出：抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还提出了预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。从此人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。

二、内容

1. 经典的冯·诺依曼体系结构图

2. 特点

冯·诺依曼体系结构也是现代计算机的硬件体系结构，它包括五大硬件单元：

a) 输入设备：键盘

b) 输出设备：显示器

c) 存储器：内存

d) 运算器：用于完成算术运算和逻辑运算

e) 控制器

其中运算器和控制器组成中央处理器，也叫 CPU。

3. 根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机所具备的功能：

a) 把需要的程序和数据送至计算机中。

b) 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。

c) 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。

d) 能够按照要求将处理结果输出给用户。

4. 工作原理（流程）

输入设备获取数据存储到内存中，CPU 从内存中取出数据并进行处理，运算完毕后在交给内存，内存将 CPU 处理过的数据交给输出设备，由输出设备进行数据的输出。

5. 注意

a) 存储器指的是内存，而不是外存(磁盘)

b) 不考虑缓存的情况下，这里的 CPU 能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)

c）外设(输入或输出设备)要进行输入或者输出数据时，也只能写入内存或者从内存中读取数据

d) 所有设备都只能直接和内存打交道

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