简述冯诺依曼模型

五大组成部分

冯诺依曼模型的五大组成部分为：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。

控制器（Control Unit）：从内存中取指令、翻译指令、分析指令，然后根据指令的内存向有关部件发送控制命令，控制相关部件执行指令所包含的操作。

运算器（ALU，Arithmetic Logic Unit）：处理数据，完成各种算术运算和逻辑运算。

计算机运算时，运算器的操作对象和操作种类由控制器决定。运算器操作的数据从内存中读取，处理的结果再写入内存（或者暂时存放在内部寄存器中），而且运算器对内存数据的读写是由控制器来进行的。

存储器（Memory）：存储程序和各种数据。

• 内部存储器（内存、主存）：存取速度快，但是容量小、价格高。用来存放即将执行的程序和数据，可供 CPU 直接读取。

  • 随机存储器（RAM，Random Access Memory）：可以被 CPU 随机读取（读取任何一个地址数据的速度是一样的，写入任何一个地址数据的速度也是一样的），一般存放 CPU 将要执行的程序、数据，断电丢失数据。

  • 只读存储器（ROM，Read-only Memory）：只能被 CPU 读，不能轻易被 CPU 写，用来存放永久性的程序和数据，比如：系统引导程序、监控程序等。具有掉电非易失性。

  • 高速缓存存储器（Cache）：Cache 是计算机中的一个高速小容量存储器，其中存放的是 CPU 近期要执行的指令和数据，其存取速度可以和 CPU 的速度匹配，一般采用静态 RAM 充当 Cache。

    内存的存取速度会直接影响计算机的运算速度。由于 CPU 是高速器件，所以 CPU 的速度是受制于内存的存取速度的。为了解决 CPU 和内存速度不匹配的问题，在 CPU 和内存之间设置了一种高速缓冲存储器 Cache。

• 外部存储器：存取速度慢。用来存放暂时用不着的程序和数据，可以和内存交换数据，不需要依靠电来存储数据。如硬盘、磁盘、光盘、U盘等。

输入设备（Input）：鼠标、键盘、触控板等。

输出设备（Output）：显示器、打印机等。

输入设备向计算机输入数据，计算机经过计算，将结果通过输出设备向外界传达。

其他组成部分

总线（Bus）：用于 CPU、内存以及其他设备之间的通信。

• 地址总线：传输数据地址。
• 数据总线：传输数据。
• 控制总线：传输控制信号。

当 CPU 需要读写内存的时候，先要通过地址总线来指定内存地址，再通过数据总线来传输数据。

中断信号，设备复位、就绪等信号，都是通过控制总线传输的。

CPU

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）： 控制器和运算器共同组成 CPU。CPU 是一块超大规模集成电路，是计算机运算核心和控制核心，CPU 的主要功能是解释计算机指令以及处理数据。

我们常见的 32/64 位处理器是指：如果 CPU 每次可以计算 4 个 byte，那么我们称作 32 位 CPU；如果 CPU 每次可以计算 8 个 byte，那么我们称作 64 位 CPU。

这里的 32 和 64，称作 CPU 的位宽。（1字节 byte = 8位 bit）

寄存器（Register）：是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。