冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构

一、什么是计算机

Computer:全称电子计算机，俗称电脑。能够按照程序运行，自动高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件和软件组成。

二、计算机硬件

一些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。硬件组成：CPU、主板、内存、电源、主机箱、硬盘、显卡、键盘、鼠标、显示器等。

三、冯·诺依曼体系结构

1.冯·诺依曼（John von Neumann），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诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

冯·诺依曼
2.冯·诺依曼体系结构

2.1简介

冯·诺伊曼结构也称冯·诺伊曼模型（Von Neumann model）或普林斯顿结构（Princeton architecture），是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的电脑设计概念结构。本词描述的是一种实现通用图灵机的计算设备，以及一种相对于并行计算的序列式结构参考模型（referential model）。本结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开的概念，因此依本结构设计出的计算机又称存储程序型电脑。

2.2体系结构

(1)采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据)。指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

(2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。

(3)指令由操作码和地址码组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。

(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

(5)以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。

(6)数据以二进制表示。

3.作用

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，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。冯·诺伊曼也因此被人们称为"计算机之父"。

根据冯·诺伊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。

将指令和数据同时存放在存储器中，是冯·诺伊曼计算机方案的特点之一。计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。冯·诺伊曼提出的计算机体系结构，奠定了现代计算机的结构理念。

标签：计算机,诺依曼,存储器,诺伊曼,指令,体系结构
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