計算機基礎----馮諾依曼體系結構

馮·諾伊曼體系結構。(普林斯頓結構)

1.馮諾伊曼提出存儲程序原理:把程序本身當作數據來對待，程序和該程序處理的數據用同樣的方式儲存。

2.諾伊曼理論的要點是：計算機的數制採用二進制；計算機應該按照程序順序執行。

內容

(1)採用存儲程序方式，指令和數據不加區別混合存儲在同一個存儲器中，數據和程序在內存中是沒有區別的,它們都是內存中的數據,當EIP指針指向哪 CPU就加載那段內存中的數據,如果是不正確的指令格式,CPU就會發生錯誤中斷. 在現在CPU的保護模式中,每個內存段都有其描述符,這個描述符記錄着這個內存段的訪問權限(可讀,可寫,可執行).這就變相的指定了哪些內存中存儲的是指令哪些是數據）
指令和數據都可以送到運算器進行運算，即由指令組成的程序是可以修改的。

(2)存儲器是按地址訪問的線性編址的一維結構，每個單元的位數是固定的。

(3)指令由操作碼和地址碼組成。操作碼指明本指令的操作類型,地址碼指明操作數和地址。操作數本身無數據類型的標誌，它的數據類型由操作碼確定。

(4)通過執行指令直接發出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執行順序存放，由指令計數器指明要執行的指令所在的單元地址。指令計數器只有一個，一般按順序遞增，但執行順序可按運算結果或當時的外界條件而改變。

(5)以運算器爲中心，I/O設備與存儲器間的數據傳送都要經過運算器。

(6)數據以二進制表示。

特點

(1)計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示

(2)順序執行程序
計算機運行過程中，把要執行的程序和處理的數據首先存入主存儲器（內存），計算機執行程序時，將自動地並按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執行，這一概念稱作順序執行程序。

(3)計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。

作用

馮·諾伊曼體系結構是現代計算機的基礎，現在大多計算機仍是馮·諾伊曼計算機的組織結構，只是作了一些改進而已，並沒有從根本上突破馮體系結構的束縛。馮·諾伊曼也因此被人們稱爲“計算機之父”。然而由於傳統馮·諾伊曼計算機體系結構天然所具有的侷限性，從根本上限制了計算機的發展。

根據馮·諾伊曼體系結構構成的計算機，必須具有如下功能：把需要的程序和數據送至計算機中。必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力。能夠根據需要控制程序走向，並能根據指令控制機器的各部件協調操作。能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。

將指令和數據同時存放在存儲器中，是馮·諾伊曼計算機方案的特點之一。計算機由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。馮·諾伊曼提出的計算機體系結構，奠定了現代計算機的結構理念。

馮諾依曼計算機的組成## 馮諾依曼體系的工作原理

計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制，按照程序編排的順序，一步-步地取出命令，自動地完成指令規定的操作。 基本過程如下:

1、預先把指揮計算機如何進行操作的指令序列(稱爲程序)和原始數據輸入到計算機內存中，每- -條指令中明確規定了計算機從哪個地址取數，進行什麼操作，然後送到什麼地方去等步驟。

2、計算機在運行時，先從內存中取出第1條指令，通過控制器的譯碼器接受指令的要求，再從存儲器中取出數據進行指定的運算和邏輯操作等，然後再按地址把結果送到內存中去。接下來，取出第2條指令，在控制器的指揮下完成規定操作，依此進行下去，直到遇到停止指令。

3、計算機中基本上有兩股信息在流動。–種是數據，即各種原始數據、中間結果和程序等。另一種信息是控制信息，它控制機器的各部件執行指令規定的各種操作。