馮諾依曼計算機的設計思想:
①計算機應包括運算器、存儲器、控制器、輸入和輸出設備五大基本部件。
②計算機內部應採用二進制來表示指令和數據。每條指令一般具有一個操作碼和一個地址碼。其中操作碼錶示運算性質,地址碼指出操作數在存儲器中的地址。
③將編好的程序送入內存儲器中,然後啟動計算機工作, 計算機勿需操作人員干預,能自動逐條取出指令和執行指令。
馮·諾伊曼結構(von Neumann architecture),也稱馮·諾伊曼模型(Von Neumann model)或普林斯頓結構(Princeton architecture),是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合併在一起的計算機設計概念結構。依據馮·諾伊曼結構設計出的計算機稱做馮.諾依曼計算機,又稱存儲程序計算機。
馮.諾依曼的設計思想是什麼
現代計算機基於馮諾依曼引入的存儲程序概念,這也是馮諾依曼型計算機的主要設計思想。在這種存儲程序概念中,程序和數據存儲在稱為存儲器的單獨存儲單元中,並被同等對待。這個新穎的想法意味着用這種架構構建的計算機將更容易重新編程。
它也被稱為IAS計算機,具有三個基本單元:
中央處理器 (CPU)
主存儲單元
輸入/輸出設備
它們的詳細如下:
控制單元——
控制單元 (CU) 處理所有處理器控制信號。它指導所有輸入和輸出流,獲取指令代碼,並控制數據在系統中的移動方式。
算術和邏輯單元 (ALU) –
算術邏輯單元是 CPU 的一部分,它處理 CPU 可能需要的所有計算,例如加法、減法、比較。它執行邏輯運算、位移運算和算術運算。
主存儲器單元(寄存器)——
累加器:存儲 ALU 的計算結果。
程序計數器 (PC):跟蹤要處理的下一條指令的內存位置。然後 PC 將下一個地址傳遞給內存地址寄存器 (MAR)。
內存地址寄存器(MAR):它存儲需要從內存中取出或存儲到內存中的指令的內存位置。
內存數據寄存器 (MDR):它存儲從內存中獲取的指令或任何要傳輸到內存並存儲在內存中的數據。
當前指令寄存器(CIR):它在等待編碼和執行時存儲最近獲取的指令。
指令緩衝寄存器(IBR):不立即執行的指令放在指令緩衝寄存器IBR中。
輸入/輸出設備——程序或數據在 CPU 輸入指令的控制下從輸入設備或輔助存儲器讀入主存儲器。輸出設備用於從計算機輸出信息。如果某些結果是由計算機評估並存儲在計算機中的,那麼在輸出設備的幫助下,我們可以將它們呈現給用户。
總線——數據從計算機的一個部分傳輸到另一個部分,通過總線將所有主要的內部組件連接到 CPU 和內存。類型:
數據總線:它在內存單元、I/O 設備和處理器之間傳輸數據。
地址總線:它在內存和處理器之間傳送數據(不是實際數據)的地址。
控制總線:它承載來自 CPU 的控制命令(以及來自其他設備的狀態信號),以控制和協調計算機內的所有活動。
馮諾依曼瓶頸——
無論我們做什麼來提高性能,我們都無法擺脱這樣一個事實,即一次只能執行一條指令,並且只能按順序執行。這兩個因素都阻礙了 CPU 的能力。這通常被稱為“馮諾依曼瓶頸”。我們可以為馮諾依曼處理器提供更多緩存、更多 RAM 或更快的組件,但如果要在 CPU 性能方面取得原始收益,則需要對 CPU 配置進行有影響力的檢查。
這種架構非常重要,用於我們的 PC 甚至超級計算機。