馮諾依曼

馮·諾依曼（John von Neumann），美籍匈牙利數學家、計算機科學家、物理學家，是20世紀最重要的數學家之一。 馮·諾依曼是布達佩斯大學數學博士，在現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等領域内的科學全才之一，被後人稱為“現代計算機之父”、“博弈論之父”。

1945年6月，馮·諾依曼提出了在數字計算機内部的存儲器中存放程序的概念(Stored Program Concept)，這是所有現代電子計算機的範式，被稱為“馮· 諾依曼結構”，按這一結構建造的電腦稱為存儲程序計算機(Stored Program Computer)，又稱為通用計算機。馮·諾依曼計算機主要由運算器、控制器、存儲器和輸入輸出設備組成，它的的特點是：程序以二進制代碼的形式存放在存儲器中；所有的指令都是由操作碼和地址碼組成；指令在其存儲過程中按照執行的順序；以運算器和控制器作為計算機結構的中心等。馮諾依曼計算機廣泛應用于數據的處理和控制方面，但是存在一些局限性。

當前計算機主要是基于馮諾依曼體系結構設計的，下面就簡單分析一下馮諾依曼體系結構的計算機是如何工作的，首先下面的圖就是馮諾依曼體系結構圖。

主要由五大部件組成：

1.存儲器用來存放數據和程序

2.運算器主要運行算數運算和邏輯運算，并将中間結果暫存到運算器中

3.控制器主要用來控制和指揮程序和數據的輸入運行，以及處理運算結果

4.輸入設備用來将人們熟悉的信息形式轉換為機器能夠識别的信息形式，常見的有鍵盤，鼠标等

5.輸出設備可以将機器運算結果轉換為人們熟悉的信息形式，如打印機輸出，顯示器輸出等

馮諾依曼體系結構的指令和數據均采用二進制碼表示；指令和數據以同等地位存放于存儲器中，均可按地址尋訪；指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示操作數所在存儲器中的位置；指令在存儲器中按順序存放，通常指令是按順序執行的，特定條件下，可以根據運算結果或者設定的條件改變執行順序；機器以運算器為中心，輸入輸出設備和存儲器的數據傳送通過運算器。

然而現在的計算機基本以存儲器作為中心，如下圖所示

但是由于運算器和控制器在邏輯關系和電路結構上聯系十分緊密，通常将它們合起來統稱為中央處理器，簡稱CPU,把輸入輸出設備簡稱為I/O設備，這樣現代計算機可以認為由三大部分組成：CPU與主存儲器可以稱為主機，I/O設備稱為外部設備，結構圖如下。

ALU叫做算數邏輯運算單元，用來完成算術邏輯運算。CU（Control Unit）叫做控制單元，用來解釋存儲器中的指令，并發出各種操作命令來執行指令。ALU和CU是CPU的核心部件。I/O設備也受CU控制，用來完成相應的輸入,輸出操作。

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