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初识冯诺依曼体系结构

目录

1.冯诺依曼体系结构

2.冯诺依曼体系的原理

3.数据流向

4.冯诺依曼体系的意义


1.冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机,如笔记本。我们不常见的计算机,如服务器,大部分都遵守冯诺依曼体系。

 

(1)输入单元:包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板等 ;
(2)中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等,读取运行速度很快;
(3)输出单元:显示器,打印机等
(4)这里的存储器指的是内存
(5)输入输出设备一般称为外围设备,读取速度一般都比较慢,所以CPU不能访问外设,外设要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取,一句话,所有设备都只能直接和内存打交道。其实这也一定程度上解决了CPU和外设速度不匹配的问题。因为有了内存的存在,我们可以对数据做预加载,当cpu需要进行数据计算的时候,直接向内存要就可以了。

2.冯诺依曼体系的原理

(1)运算器:负责执行算术运算和逻辑运算,由算术逻辑单元(ALU) 和一些寄存器组成。运算器的操作对象和操作种类由控制器决定,运算器操作的数据从内存中读取,处理的结果再写入内存或者暂时存放在内部寄存器中。


(2)控制器:负责控制整个计算机的工作流程,由指令寄存器、指令译码器、指令计数器、程序状态字寄存器等组成。控制器的工作流程为:从内存中取指令、翻译指令、分析指令,然后根据指令向有关部件发送控制命令,控制相关部件执行指令所包含的操作。

(3)存储器:负责存储程序和数据,即内存,内存是用来存放欲执行的程序和数据,可以被CPU随机读取,一般分为随机存储器(RAM) 和只读存储器(ROM) 。


 

3.数据流向

对冯诺依曼的理解,不能停留在概念上,要深入到对软件数据流理解上,请解释,从你登录上 qq 开始和某位朋友聊 天开始,数据的流动过程。
答:当我们在输入设备上输入信息后,信息会到内存,CPU会对信息加密然后写回到内存,然后该信息会显示到输出设备显示屏,这个时候你就可以看到你写的消息;同时网卡会读取内存里面的数据输出到网络中,该信息被对方计算机的网卡读取到内存在中,CPU处理解密数据并返回内存,最后显示屏上会显示内存中的信息。
我们可以发现输入输出设备有时候可以相互转换的。

4.冯诺依曼体系的意义

冯诺依曼体系的出现将最初的硬件化程序变为可编程、可存储编码,放在存储器中,随意使用。

冯.诺依曼结构中,将程序和数据一样看待,将程序编码为数据,然后与数据一同存放在存储器中,这样计算机就可以调用存储器中的程序来处理数据了。要知道,早期的计算机设计中,程序和数据是俩个截然不同的概念,数据放在存储器中,而程序作为控制器的一部分,这样的计算机计算效率低。

意味着,无论什么程序,最终都是会转换为数据的形式存储在存储器中,要执行相应的程序只需要从存储器中依次取出指令、执行,冯.诺依曼结构的灵魂所在正是这里:减少了硬件的连接,这种设计思想导致了硬件和软件的分离,即硬件设计和程序设计可以分开执行。

概括的来讲,冯.诺依曼结构消除了原始计算机体系中,程序作为控制器的一部分,作为硬件存在的缺陷。而将程序编码存储在存储器中,实现了可编程的计算机功能,实现了硬件设计和程序设计的分离,大大促进了计算机的发展。


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