冯诺依曼结构的基本原理是什么?

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冯诺依曼结构的计算机系统由五大基本部件组成:

1、运算器:用于完成各种算术运算、逻辑运算和数据传送等数据加工处理。

2、控制器:用于控制程序的执行,是计算机的大脑。运算器和控制器组成计算机的中央处理器(CPU)。控制器根据存放在存储器中的指令序列(程序)进行工作,并由一个程序计数器控制指令的执行。控制器具有判断能力,能根据计算结果选择不同的工作流程。

3、存储器:用于记忆程序和数据,例如:内存。程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中,存放位置由地址确定。

4、输入设备:用于将数据或程序输入到计算机中,例如:鼠标、键盘。

5、输出设备:将数据或程序的处理结果展示给用户,例如:显示器、打印机。

五大基本组成部件之间通过指令进行控制,并在不同部件之间进行数据的传递。

扩展资料:

根据冯诺依曼体系结构构成的计算机,必须具有如下功能:

1、把需要的程序和数据送至计算机中。

2、必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。

3、能够完成各种算术运算、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。

4、能够根据需要控制程序走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作。

5、能够按照要求将处理结果输出给用户。

采用二进制作为计算机数值计算的基础,以0、1代表数值。不采用人类常用的十进制计数方法,二进制使得计算机容易实现数值的计算。

程序或指令的顺序执行,即预先编好程序,然后交给计算机按照程序中预先定义好的顺序进行数值计算。

参考资料:百度百科-冯诺依曼体系

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冯·诺依曼结构(Von Neumann architecture)是一种计算机体系结构,也被称为存储程序计算机。它是现代计算机体系结构的基础,其基本原理包括以下几个方面:

  • 存储程序:冯·诺依曼结构将指令和数据存储在同一个存储器中,这意味着计算机可以像数据一样处理指令。程序由一系列指令组成,计算机可以按照指令的顺序执行它们,从存储器中读取指令并对数据进行操作。这种存储程序的特性使得计算机可以根据需要灵活地执行不同的程序,而不需要进行物理上的改变。

  • 二进制表示:冯·诺依曼结构采用二进制表示来表示指令和数据。指令和数据以二进制数的形式存储在存储器中,并由计算机按照指令集进行解释和执行。这种二进制表示的方式使得计算机可以处理不同类型的数据和指令,并进行逻辑运算和算术运算。

  • 指令执行周期:冯·诺依曼结构的计算机按照指令执行周期的方式工作。每个周期包括从存储器中取指令、解码指令、执行指令和存储结果等步骤。计算机以顺序的方式执行指令,逐步完成计算任务。

  • 存储器层次结构:冯·诺依曼结构中的存储器按照层次结构进行组织。通常包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等不同层次的存储器。这种层次结构可以提供更快的访问速度和更大的存储容量,以满足不同类型的数据和指令的需求。

  • 冯·诺依曼瓶颈:冯·诺依曼结构中的指令和数据必须通过共享的存储器总线进行传输,导致存储器访问成为计算机性能的瓶颈。这种瓶颈限制了计算机的运行速度,因此在现代计算机体系结构设计中,通过引入多级缓存和并行处理等技术来缓解这个问题。

  • 冯·诺依曼结构的基本原理为计算机提供了一种通用的、可编程的计算模型,使得计算机可以执行不同类型的任务,并且可以根据需要存储和运行不同的程序。这一结构的发展对计算机科学和信息技术的进步做出了巨大贡献。

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