冯诺依曼体系结构(冯诺依曼原理及其特点)

编程之家2024-05-1599次浏览

冯.诺依曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯.诺依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.诺依曼也因此被人们称为“计算机之父”。然而由于传统冯.诺依曼计算机体系结构天然所具有的局限性，从根本上限制了计算机的发展。

根据冯·诺依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。

冯·诺依曼体系结构的特点：

(1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示

(2)顺序执行程序：计算机运行过程中，把要执行的程序和处理的数据首先存入主存储器（内存），计算机执行程序时，将自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行，这一概念称作顺序执行程序。

(3)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。

冯诺依曼结构计算机的五大基本构件包括控制器、存储器、输入设备、输出设备和运算器。

1.运算器

首先计算机要有运算处理数据的能力，所以需要一个处理单元来完成各种算数运算和逻辑运算，这就是算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）。ALU的主要功能就是在控制信号的作用下，完成加、减、乘、除等算术运算以及与、或、非、异或等逻辑运算以及移位、补位等运算。

2.控制器

控制器又称为控制单元（ControlUnit），是计算机的神经中枢和指挥中心，只有在控制器的控制下，整个计算机才能够有条不紊地工作、自动执行程序。

3.存储器

存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并且能够在计算机运行过程高速、自动地完成程序或者数据的存储，存储器是有记忆的设备，而且采用俩种稳定状态的物理器件来记录存储信息，所以计算机中的程序和数据都要转换为二进制代码才可以存储和操作。

4、输入设备

鼠标键盘、摄像头、麦克风等是输入设备。

5、输出设备

显示器、打印机等是输出设备。

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。