馮諾依曼體系結構

2021-10-03 06:29:22 字數 1854 閱讀 3370

1.體系**

美籍匈牙利數學家馮·諾伊曼於2023年提出儲存程式原理,把程式本身當作資料來對待,程式和該程式處理的資料用同樣的方式儲存。 馮·諾依曼體系結構馮·諾伊曼理論的要點是:計算機的數制採用二進位制;計算機應該按照程式順序執行。人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮·諾伊曼體系結構。

2.發展背景

電子計算機的問世,奠基人是英國科學家艾倫·麥席森·圖靈(alan m. turing)和美籍匈牙利科學家馮· 諾伊曼(john von· neumann)。圖靈的貢獻是建立了圖靈機的理論模型,奠定了人工智慧的基礎。而馮· 諾伊曼則是首先提出了計算機體系結構的設想。

2023年美籍匈牙利科學家馮·諾伊曼提出儲存程式原理,把程式本身當作資料來對待,程式和該程式處理的資料用同樣的方式儲存,並確定了儲存程式計算機的五大組成部分和基本工作方法。

半個多世紀以來,計算機製造技術發生了巨大變化,但馮· 諾伊曼體系結構仍然沿用至今,人們總是把馮· 諾伊曼稱為「計算機鼻祖」。

3.體系結構

(1)採用儲存程式方式,指令和資料不加區別混合儲存在同乙個儲存器中,資料和程式在記憶體中是沒有區別的,它們都是記憶體中的資料,當eip指標指向哪 cpu就載入那段記憶體中的資料,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,每個記憶體段都有其描述符,這個描述符記錄著這個記憶體段的訪問許可權(可讀,可寫,可執行).這就變相的指定了哪些記憶體中儲存的是指令哪些是資料)

指令和資料都可以送到運算器進行運算,即由指令組成的程式是可以修改的。

(2)儲存器是按位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)指令由操作碼和位址碼組成。操作碼指明本指令的操作型別,位址碼指明運算元和位址。運算元本身無資料型別的標誌,它的資料型別由操作碼確定。

(4)通過執行指令直接發出控制訊號控制計算機的操作。指令在儲存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位址。指令計數器只有乙個,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)以運算器為中心,i/o裝置與儲存器間的資料傳送都要經過運算器。

(6)資料以二進位制表示。

4.特點

(1)計算機處理的資料和指令一律用二進位制數表示

(2)順序執行程式

計算機執行過程中,把要執行的程式和處理的資料首先存入主儲存器(記憶體),計算機執行程式時,將自動地並按順序從主儲存器中取出指令一條一條地執行,這一概念稱作順序執行程式。

(3)計算機硬體由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置五大部分組成。

5,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為「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:把需要的程式和資料送至計算機中。必須具有長期記憶程式、資料、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算術、邏輯運算和資料傳送等資料加工處理的能力。能夠根據需要控制程式走向,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使用者。

將指令和資料同時存放在儲存器中,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、儲存器、輸入裝置、輸出裝置五部分組成。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。

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