冯·诺依曼体系结构

学习计算机有一个人不得不说,那就是我们的计算机祖师爷之一的冯·诺依曼(John von Neuann)。老爷子十分厉害,在数学、量子力学、计算机、经济学方面都做出过巨大贡献。今天,主要说一下他对计算机的贡献。
冯诺依曼
20世纪40年代的冯·诺依曼
祖师爷对计算机最大的贡献就是,1945年6月,与戈德斯坦、勃克斯等人,联名发表的一篇长达101页纸的报告,即计算机史上著名的“101页报告”。这是现代计算机科学发展里程碑式的文献。这篇报告明确规定用二进制替代十进制运算,并将计算机分成5大组件,这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。冯·诺依曼提出的体系结构就叫作冯·诺依曼体系结构(Von Neuann architecture),根据这种体系结构而设计出的计算机被称为存储程序计算机。我们现在使用的大部分计算机都是这种计算机。那么这种计算机都有哪几部分组成呢?在论文中,冯祖师爷明确指出了一台计算机有5部分组成:首先是处理器单元(Processing Unit),它包含算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit/ALU)和处理器寄存器(Processor Register/PR)。处理器单元被用来完成各种算术和逻辑运算,因为它能完成数据的各种处理与计算工作。然后是控制器单元(Control Unit/CU),CU包含指令寄存器(Instruction Register/IR)和程序计数器(Program Counter/PC)。控制器单元的作用主要就是控制程序的流程,通常就是不同条件下的分支和跳转。控制器单元和前面说的处理器单元共同组成了我们今天常说的CPU,也就是中央处理器。接着就是存储器单元(Memory Unit)了。存储器包含内存和外部存储,外存相比内存拥有更大容量。数据(Data)和 指令(Instruction)以同等地位存储在存储器中。最后就是各种各样的输入和输出设备(Input/Output Device)。现在无论使用什么样的计算机,我们都无时无刻地在与输入输出设备打交道。对于个人电脑来说,鼠标和键盘就是输入设备,而显示器、音箱就是输出设备。而对于现在的智能手机来说就更神奇了,显示屏就既是输入设备又是输出设备,因为我们既通过触摸屏幕来输入信息,同时屏幕又输出给我们信息。

冯诺依曼体系
冯诺依曼体系结构示意图
任何一台计算机的任何一个部件都可以归到运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这5大部件中去,现代的所有计算机都是基于这个基本结构来设计开发的。

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    ceshi 测试出测试测试

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