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馮諾依曼式計算機硬件系統

科技 更新时间:2024-08-22 17:54:36

世界上第一台通用計算機ENIAC雖然能夠重新編程,支持順序、循環、分支、子程序等操作,但編程極為困難, 是用電路闆上的開關來輸入的。 想把一個程序輸入計算機通常得好幾周: 程序首先要在紙上寫出來, 然後再花好幾天的時間來操作開關和重新連接電纜, 還要驗證和調試, 但是這一切做好以後,運行時間可能隻有幾分鐘。 由于設計和輸入程序的時間開銷太大, 計算機運行速度快的優勢就被抵銷了。

如果程序切換以後, 想再次運行上一個程序, 還得重新把開關和電纜連接操作一遍, 讓人抓狂。

如果能夠把這個過程能用程序描述出來,由程序去控制,并能把程序存儲下來該多好, 需要運行了,找到它運行就行了。

存儲程序, 這并不是一個全新的想法, 當然,想把程序存儲下來,需要定義一下機器的“指令集”, 這樣各種各樣的程序才用指令集中的指令描述出來, 方便存儲。

就像生産一個産品,如何全自動化?如果生産一個産品的工藝需要50個步驟的工藝,需要200個零部件,要想實現自動化,你需要将整個工藝的50個步驟詳細描述出來,每個步驟需要的零部件及存放位置也描述清楚,然後這個工藝和零部件的存儲機制能夠自動被随機訪問,這樣,不需額外的幹預,就可實現自動生産。

按上面的思路,就是馮諾依曼的存儲程序和程序控制概念,直到今天的絕大部計算機都是屬于馮諾依曼機。如下就是一個馮諾依曼計算機體系結構:

馮諾依曼式計算機硬件系統(一個程序在電腦)1

在這個結構中一個程序由若幹指令組成, 在運行之前, 要被“放到“某個地方, 你把這個地方稱為存儲器(内存), 可以把内存比喻成包含一個個格子的東西, 每個格子裡放一條指令。

一個叫控制器的東西去讀取“格子“中這個程序的第一條指令,分析指令到底要做什麼事情, 産生控制信号,控制運算器去執行這個指令, 執行完第一條就接着執行第二條, 如此一直運行下去......

控制器和運算器是如此緊密的在一起工作,你決定把它叫做處理器

為了做人機交互, 還得有輸入設備和輸出設備來做輔助。

一個程序在電腦中的執行流程,描述如下:

馮諾依曼式計算機硬件系統(一個程序在電腦)2

-End-

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