冯诺依曼体系结构

目录 冯诺依曼体系结构理解 设计思路 图灵机的理解 图灵的生平 人工智能 程序=指令＋数据 组成 运行机制 图灵完备 冯诺依曼体系结构理解 当前计算机主要是基于冯诺依曼体系结构设计的，下面就简单分析一下冯诺依曼体系结构的计算机是如何工作的，首先下面的图就是冯诺依曼体系结构图。 主要由五大部件组成 1.存储器用来存放数据和程序 2.运算器主要运行算数运算和逻辑运算，并将中间结果暂存到运算器中 3.控制器主要用来控制和指挥程序和数据的输入运行，以及处理运算结果 4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能够识别的信息形式，常见的有键盘，鼠标等 5.输出设备可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器输出等 冯诺依曼体系结构的指令和数据均采用二进制码表示；指令和数据以同等地位存放于存储器中，均可按地址寻访；指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置；指令在存储器中按顺序存放，通常指令是按顺序执行的，特定条件下，可以根据运算结果或者设定的条件改变执行顺序；机器以运算器为中心，输入输出设备和存储器的数据传送通过运算器。 然而现在的计算机基本以存储器作为中心 但是由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，通常将它们合起来统称为中央处理器，简称CPU,把输入输出设备简称为I/O设备

冯诺依曼体系结构 一.冯诺依曼人物简介 冯诺依曼(John von Neumann,1903.12.28——1957.02.08)，美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，是20世纪最重要的数学家之一。在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域均有贡献，被后人称之为“现代计算机之父”、“博弈论之父”。冯诺依曼体系的要点是：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。 二.冯诺依曼体系结构图 冯诺依曼体系结构如图，分为五个模块，分别是，输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器，其中运算器和控制器合并成为CPU（中央处理器） 输入设备（Input unit）：向计算机输入信息的设备。（如：键盘） 输出设备（Output unit）：是将计算机的运算和处理结果转换为任何其他设备能够接收的形式，将进行展示或传输的设备。（如：显示屏，打印机） 运算器（ALU）：是对数据进行处理，基本操作是进行算术运算以及逻辑运算 。 控制器（CU）：指挥和协调计算机各部件有条不紊工作的核心部分。其工作方式为从存储器中读取指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，产生控制信号去控制各部件完成各种操作。 存储器（memory unit）：存储器分为内存和外存，用来存放计算机中的程序和数据。当计算机在运行时，CPU会将需要运算的程序放到内存里运算，运算完成后CPU再将结果传送出来

[体系结构学习笔记1-4] 系统的发展和并发性的发展 文章目录 [体系结构学习笔记1-4] 系统的发展和并发性的发展 [1.4.1] 冯·诺依曼结构 存储程序原理的基本点：指令驱动 对系统结构进行的改进 [1.4.2] 软件对系统结构的影响 统一高级语言 系列机 模拟和仿真 模拟 仿真 二者的选择 [1.4.3] 并行性的发展 并行性的概念 提高并行性的技术途径 单处理机 多处理机 [1.4.1] 冯·诺依曼结构 存储程序原理的基本点：指令驱动 程序预先存放在计算机存储器中，计算机一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作 需要注意数据流方向 特点 以运算器为中心,集中控制。 在存储器中，指令和数据同等对待 存储器是按地址访问、按顺序线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的 指令的执行是顺序的 指令由操作码和地址码组成 指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算 对系统结构进行的改进 输入/输出方式的改进 并行处理 存储器组织结构发展 指令集发展 [1.4.2] 软件对系统结构的影响 软件的 可移植性 (Portability)是指软件不修改或者只经过少量修改就可以由一台机器移到另一台机器上运行，同一软件可应用于不同的环境。 实现软件移植的技术主要有如下： 统一高级语言 近期困难但长远来看依然是必须解决的重要问题之一 系列机 系列机

1. 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。 2.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。 3.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。 来源： CSDN 作者： ChenME7 链接： https://blog.csdn.net/Chen_ME7/article/details/104521302

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

转：https://www.cnblogs.com/sum-41/p/11495552.html 冯诺依曼体系 冯诺依曼体系，用一句话来概括就是：将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构。 在前面学习计算机的发展历史的时候，我们知道，早期的计算机只能运行固定用途的程序，怎么理解？举个例子：有个计算机它只能运行数学运算的程序，那么它就不能运行文字处理的软件，也不能拿来玩游戏，如果要让它能够进行别的功能，就需要改变计算机的程序，而在当时，所谓的重写程序并不是指现在的重新编译一个程序那么简单，而是必须更改电路或者说更改结构，甚至重新设计这个机器。 这样就很坑爹了啊。如果说计算机只能用来打游戏，不能用来写代码，或者说只能用来写代码，不能用来玩游戏，那么我们就不能先玩一会游戏再写一会代码了，这样子是非常不合理的。于是冯诺依曼就想着将程序存储起来，然后在设计底层硬件的时候，不再是设计专有的电路，而是设计一个通用电路，当我们需要运行某种程序的时候，我们先把这段程序翻译成电路能够理解的语言，然后让通用电路去执行相关的逻辑。 这就是冯诺依曼体系的核心概念——存储程序指令，设计通用电路。 了解了冯诺依曼体系是怎样诞生的，如果能够理解冯诺依曼体系给计算机领域带来的巨大改变，我们就能明白冯诺依曼体系为什么这么重要了。由冯诺依曼体系所延伸的存储型计算机的概念，改变了之前糟糕的一切

现代计算机，大部分都是基于冯诺依曼体系结构， 冯诺依曼的核心是：存储程序，顺序执行 。所以不管计算机如何发展，基本原理是相同的。计算机程序实际上是告诉计算机做什么。 （1）冯诺依曼体系结构有以下特点： 计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示； 指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中； 顺序执行程序的每一条指令； 计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。 （2）冯诺依曼体系结构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 哈佛结构处理器有两个明显的特点：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。 哈佛 结构是为了高速数据处理而采用的，因为可以同时读取指令和数据（分开存储的）。大大提高了数据吞吐率，缺点 是结构复杂 。通用微机指令 数据是混合存储的，结构上简单，成本低。假设是哈佛结构：你就得在电脑安装两块硬盘 ，一块装程序，一块装数据，内存装两根，一根储存指 令 和 ， 一根存储数据 文章来源