冯诺依曼计算机的运行原理

冯诺依曼机的思想:

1.运算 和 存储 分离
2.计算机指令和数据以同等地位存在存储器中,可以按地址访问,连续自动执行。
3.五大部件:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备( 以运算器为中心,控制器解释指令,运算器负责执行指令,存储器用于保 存程序与数据)
4.指令和数据用二进制表示,指令 = 操作码+地址码
5.指令在存储器内顺序存放,通常顺序执行,在特定条件下可根据运算结果和条件改变执行顺序

以运算器为核心的计算机

冯诺依曼计算机的运行原理_第1张图片

实线是数据线,虚线是控制线
控制线是双向的,既要发出控制信息控制各个部件,又要接受各个部件的反馈信息,但是给每一个部件发控制信号时不能接受他的反馈信号,要等到发送完之后才能接受。

运行方式
·输入:输入的信息经过运算器进行存储
·输出:存储器中的信息经过运算器进行输出
控制器能够控制其他设备
缺点:当在进行输入输出时,运算器被占用,计算机不能够进行计算;当在进行计算时,不能够进行存储。存储和计算有矛盾。
为了解决问题,冯诺依曼机发展为以存储器为核心

以存储器为核心的冯诺依曼机

存储器有很多个存储单元,在一部分存储单元进行输入输出时,另外一部分存储单元可以进行运算程序的执行。可以实现输入输出与程序计算并行的工作。
冯诺依曼计算机的运行原理_第2张图片

加粗的黄线是数据线。黑色的实线和虚线分别代表控制线和反馈线,发信号和接受反馈可同时进行
先把大量的输入数据导入内存(存储器),因为内存与运算器的交互速度比I/O设备要快的多,通过内存与运算器交换数据,运算器对内存中的数据批量处理,最后通过输出设备导出数据。显然一大块的传输数据的速度大于一小段的操作。

运行方式
1.控制器开始工作
2.控制器发送指令地址到存储器,(开机后,指令都是存放在内存中的)
3.存储器取出收到地址中的指令,并发送到控制器分析指令
4.控制器执行指令,将操作码发到运算器,将操作数送在地址码发到存储器
5.存储器取出操作数,并发往运算器
6.控制器发送下一条指令地址,开始重复 1,直至到结束指令、
指令的操作关注计算机组成原理之指令系统。

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