馮·諾依曼體系結構

美籍匈牙利數學家馮·諾伊曼於1946年提出存儲程式原理，把程式本身當作數據來對待，程式和該程式處理的數據用同樣的方式儲存。 馮·諾伊曼體系結構馮·諾伊曼理論的要點是：計算機的數制採用二進制；計算機應該按照程式順序執行。人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮·諾伊曼體系結構。

基本介紹

• 中文名：馮·諾伊曼體系結構
• 外文名：von Neumann architecture 
• 別稱：普林斯頓結構
• 提出者：約翰·馮·諾伊曼

簡介

從EDVAC到當前最先進的計算機都採用的是馮·諾伊曼體系結構。所以馮·諾伊曼是當之無愧的數字計算機之父。

發展背景

電子計算機的問世，奠基人是英國科學家艾倫·麥席森·圖靈（Alan M. Turing）和美籍匈牙利科學家馮· 諾伊曼（John Von· Neumann）。圖靈的貢獻是建立了圖靈機的理論模型，奠定了人工智慧的基礎。而馮· 諾伊曼則是首先提出了計算機體系結構的構想。

1946年美籍匈牙利科學家馮·諾伊曼提出存儲程式原理，把程式本身當作數據來對待，程式和該程式處理的數據用同樣的方式存儲，並確定了存儲程式計算機的五大組成部分和基本工作方法。

半個多世紀以來，計算機製造技術發生了巨大變化，但馮· 諾伊曼體系結構仍然沿用至今，人們總是把馮· 諾伊曼稱為“計算機鼻祖”。

體系結構

(1)採用存儲程式方式，指令和數據不加區別混合存儲在同一個存儲器中，數據和程式在記憶體中是沒有區別的,它們都是記憶體中的數據,當EIP指針指向哪 CPU就載入那段記憶體中的數據,如果是不正確的指令格式,CPU就會發生錯誤中斷. 在現在CPU的保護模式中,每個記憶體段都有其描述符,這個描述符記錄著這個記憶體段的訪問許可權(可讀,可寫,可執行).這就變相的指定了哪些記憶體中存儲的是指令哪些是數據）

指令和數據都可以送到運算器進行運算，即由指令組成的程式是可以修改的。

(2)存儲器是按地址訪問的線性編址的一維結構，每個單元的位數是固定的。

(3)指令由操作碼和地址組成。操作碼指明本指令的操作類型,地址碼指明運算元和地址。運算元本身無數據類型的標誌，它的數據類型由操作碼確定。

(4)通過執行指令直接發出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執行順序存放，由指令計數器指明要執行的指令所在的單元地址。指令計數器只有一個，一般按順序遞增，但執行順序可按運算結果或當時的外界條件而改變。

(5)以運算器為中心，I/O設備與存儲器間的數據傳送都要經過運算器。

(6)數據以二進制表示。

特點

(1)計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示

(2)順序執行程式

計算機運行過程中，把要執行的程式和處理的數據首先存入主存儲器（記憶體），計算機執行程式時，將自動地並按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執行，這一概念稱作順序執行程式。

(3)計算機硬體由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。

作用

馮.諾伊曼體系結構是現代計算機的基礎，現在大多計算機仍是馮.諾伊曼計算機的組織結構，只是作了一些改進而已，並沒有從根本上突破馮體系結構的束縛。馮.諾伊曼也因此被人們稱為“計算機之父”。然而由於傳統馮.諾伊曼計算機體系結構天然所具有的局限性，從根本上限制了計算機的發展。

根據馮·諾伊曼體系結構構成的計算機，必須具有如下功能：把需要的程式和數據送至計算機中。必須具有長期記憶程式、數據、中間結果及最終運算結果的能力。能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力。能夠根據需要控制程式走向，並能根據指令控制機器的各部件協調操作。能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。

馮· 諾依曼體系結構

將指令和數據同時存放在存儲器中，是馮·諾伊曼計算機方案的特點之一　計算機由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成　馮·諾伊曼提出的計算機體系結構，奠定了現代計算機的結構理念。