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冯诺依曼计算机的基本原理是

发布时间:2019-07-06 23:48 来源:未知 编辑:admin

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  冯·诺依曼结构计算机 (1)计算机工作原理: 存储程序(或程序存储)。1946年美籍匈牙利人冯·诺依曼提出。 (2)存储程序原理的主要思想:将程序和数据存放到计算机内部的存储器中,计算机在程序的控制下一步一步进行处理,直到得出结果。 冯·诺依曼结构计算机(存储程序计算机):按存储原理设计的计算机。 今天我们所使用的计算机,不管机型大小,都属于冯·诺依曼结构计算机。 (3)冯·诺依曼结构的主要特点 (1)存储程序控制:要求计算机完成的功能,必须事先编制好相应的程序,并输入到存储器中,计算机的工作过程是运行程序的过程; (2)程序由指令构成,程序和数据都用二进制数表示; (3)指令由操作码和地址码构成; (4)机器以CPU为中心。

  50年代冯诺依曼提出了五大部件和存储程序概念,计算机由输入设备、存储器、控制器、运算器、输出设备组成,指令和数据可一起放在存储器,程序按顺序自动执行。

  CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段:提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

  所谓指令是一串二进制数,它规定机器做什么操作。指令分为两部分:操作码和操作数。操作码说明要做什么操作,操作数指明要处理的数据的存放地址在什么地方。处理器里有百儿八十条指令,称为指令集;机器语言可以被看作一种约定的形式,用处理器和寄存器来操控内存。

  冯·诺依曼拥有过目不忘的本领,6岁时可心算8位数除法且能熟练掌握古希腊语,12岁通读法国数学家波莱尔的著作《函数论讲义》,19岁出版自己的数学论文并给出新的序数定义,22岁拿到数学博士学位,28岁成为普林斯顿大学终身教授……这样令人瞠目结舌的人生经历,笔者只能用“天生奇才”四个字来形容。无论是在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域,还是在数学领域,冯·诺依曼都称得上佼佼者。

  1903年,冯·诺依曼出生于匈牙利布达佩斯一个富裕的犹太家庭,从小就以过人的智力与记忆力而闻名,读过的书籍和论文能很快一句不漏地复述出来,而且多年以后仍是如此。若尔福·兰兹霍夫曾回忆,有一次冯·诺依曼、费米和费曼都在泰勒的办公室一起讨论和计算。他们每隔几分钟就会暂停讨论并开始一轮计算。费米使用计算尺,费曼使用手摇式计算机,而冯·诺依曼只凭心算。冯·诺依曼几乎能在相差不大的时间内得到与其他二人相似的计算结果。

  冯·诺依曼不仅是20世纪最重要的数学家之一,他在计算机方面的开拓性贡献同样值得全人类铭记。1945年,冯·诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人,联名发表了一篇长达101页纸的报告,即计算机史上著名的“101页报告”,是现代计算机科学发展里程碑式的文献。报告明确规定用二进制替代十进制运算,并将计算机分成五大组件(运算器、控制器、存储器、输入和输出设备),并描述了这五部分的职能和相互关系。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。现代计算机中存储、速度、基本指令的选取以及线路之间相互作用的设计,都深深受到冯·诺依曼思想的影响。

  冯·诺依曼是个贪吃的人,他的妻子克拉拉曾说:“他可以计算任何事情,除了卡路里。”冯·诺依曼经常在吵闹的环境中工作,自己也时不时地制造出一点“噪音”,比如在普林斯顿的时候,他酷爱用留声机播放德国的进行曲,还把音量调高,以至于周围的邻居苦不堪言,不得不投诉他,这其中就包括爱因斯坦。不过,瑕不掩瑜,冯·诺依曼依然是20世纪最伟大的科学家之一。

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