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冯诺依曼结构的5大组成部分及相互之间的关系

发布时间:2019-07-06 23:48 来源:未知 编辑:admin

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  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。

  使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086,英特尔公司的其他中央处理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺依曼结构。

  1945年,冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理,后来,人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺依曼型结构”计算机。冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器,经由同一个总线传输。

  冯·诺曼结构处理器具有以下几个特点:必须有一个存储器;必须有一个控制器;必须有一个运算器,用于完成算术运算和逻辑运算;必须有输入和输出设备,用于进行人机通信。

  冯·诺曼结构处理器具有五部分包括:存储器、控制器、运算器、输入设备和输出设备。

  冯·诺曼结构首先包含算术逻辑单元和处理器寄存器的处理器单元,用来完成各种算术和逻辑运算。然后是包含指令寄存器和程序计数器的控制器单元,用来控制程序的流程,通常就是不同条件下的分支和跳转。

  接着是用来存储数据和指令的内存。最后就是各种输入和输出设备,以及对应的输入和输出机制。

  在CPU与内存之间的流量(资料传输率)与内存的容量相比起来相当小,在现代电脑中,流量与CPU的工作效率相比之下非常小,在某些情况下(当CPU需要在巨大的资料上执行一些简单指令时),资料流量就成了整体效率非常严重的限制。

  CPU将会在资料输入或输出内存时闲置。由于CPU速度以及内存容量的成长速率远大于双方之间的流量,因此瓶颈问题越来越严重。

  1945年,冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理,后来,人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器,经由同一个总线传输。

  冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码,指令和操作数的地址又密切相关,因此,当初选择这种结构是自然的。但是,这种指令和数据共享同一总线的结构,使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈,影响了数据处理速度的提高。

  在典型情况下,完成一条指令需要3个步骤,即:取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令,指令1至指令3均为存、取数指令,对冯.诺曼结构处理器,由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。

  美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最新提出程序存储的思想,并成功将其运用在计算机的设计之中,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机,世界上第一台冯·诺依曼式计算机是1949年研制的EDVAC,由于他对现代计算机技术的突出贡献,因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。

  EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器、逻辑控制装置、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.报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。

  输入数据和程序的输入设备记忆程序和数据的存储器完成数据加工处理的运算器控制程序执行的控制器输出处理结果的输出设备。

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