冯诺依曼体系结构总结

冯诺依曼体系结构

一、发展背景

电子计算机的问世，奠基人是英国科学家艾伦·麦席森·图灵（Alan M. Turing）和美籍匈牙利科学家冯· 诺伊曼（John Von· Neumann）。图灵的贡献是建立了图灵机的理论模型，奠定了人工智能的基础。而冯· 诺伊曼则是首先提出了计算机体系结构的设想。
1946年美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式存储，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。
半个多世纪以来，计算机制造技术发生了巨大变化，但冯· 诺伊曼体系结构仍然沿用至今，人们总是把冯· 诺伊曼称为“计算机鼻祖”。

二、简介

美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。
冯·诺伊曼体系结构冯·诺伊曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺伊曼的这个理论称为冯·诺伊曼体系结构。

三、结构体系

1. 输入设备：数据和程序的输入
2. 存储器：记忆程序和数据
3. 运算器：完成数据加工处理
4. 控制器：控制程序执行
5. 输出设备：输出处理结果

这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。

四、运行流程

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。

五、特点

1. 采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据）指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。
2. 存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。
3. 指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。
4. 通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。
5. 以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。
6. 数据以二进制表示。