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冯·诺依曼计算机工作原理的核心是( )和“程序控制

发布时间:2019-08-07 01:55 来源:未知 编辑:admin

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  采用二进制形式表示数据和指令:在存储程序的计算机中,数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别。都是由0和1组成的代码序列,只是各自约定的含义不同而已。

  计算机在读取指令时,把从计算机读到的信息看作是指令;而在读取数据时,把从计算机读到的信息看作是操作数。数据和指令在软件编制中就已加以区分,所以正常情况下两者不会产生混乱。

  采用存储程序方式:这是冯·诺依曼思想的核心内容。如前所述,它意味着事先编制程序,事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。

  计算机的工作体现为执行程序,计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。

  冯·诺依曼机的这种工作方式,可称为控制流(指令流)驱动方式。即按照指令的执行序列,依次读取指令,然后根据指令所含的控制信息,调用数据进行处理。

  目前CPU的处理速度和内存容量的成长速率要远大于两者之间的流量,将大量数值从内存搬入搬出的操作占用了CPU大部分的执行时间,也造成了总线的瓶颈。

  程序指令的执行是串行的,由程序计数器控制,这样使得即使有关数据已经准备好,也必须遵循逐条执行指令序列,影响了系统运行的速度;

  存储器是线性编址,按顺序排列的地址访问,这是有利于存储和执行机器语言,适用于数值计算。但高级语言的存储采用的是一组有名字的变量,是按名字调用变量而非按地址访问,且高级语言中的每个操作对于任何数据类型都是通用的。

  这些因素都导致了机器语言和高级语言之间存在很大的语义差距,这些语义差距之间的映射大部分都要由编译程序来完成,在很大程度上增加了编译程序的工作量。

  冯·诺依曼体系结构计算机是为逻辑和数值运算而诞生的,它以CPU为中心,I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器,在数值处理方面已经达到很高的速度和精度,但对非数值数据的处理效率比较低,需要在体系结构方面有革命性突破。

  存储程序。冯·诺依曼体系结构的计算机,其基本设计思想就是存储程序和程序控制。

  采用存储程序方式,这是冯·诺依曼思想的核心内容。它意味着事先编制程序,事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。

  计算机的工作体现为执行程序,计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。

  由于指令和数据都是二进制码,指令和操作数的地址又密切相关,因此,当初选择这种结构是自然的。但是,这种指令和数据共享同一总线的结构,使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈,影响了数据处理速度的提高。

  在典型情况下,完成一条指令需要3个步骤,即:取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。

  举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令,指令1至指令3均为存、取数指令,对冯·诺曼结构处理器,由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。

  (1)采用存储程序方式,指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中,(数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据)

  (3)指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志,它的数据类型由操作码确定。

  (4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放,由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个,一般按顺序递增,但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

  展开全部冯·诺依曼计算机 【von Neumann machine】 使用冯诺依曼体系机构的电子数字计算机。1945年6月,冯·诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program

  Concept),这是所有现代电子计算机的模板,被称为“冯· 诺依曼结构”,按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机(Stored Program Computer),又称为通用计算机。冯·诺依曼计算机主要由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成,它的的特点是:程序以二进制代码的形式存放在存储器中;所有的指令都是由操作码和地址码组成;指令在其存储过程中按照执行的顺序;以运算器和控制器作为计算机结构的中心等。冯诺依曼计算机广泛应用于数据的处理和控制方面,但是存在一定的局限性。

  冯诺依曼理论的要点是:数字计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行。

  人们把冯诺依曼的这个理论称为冯诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

  输入数据和程序的输入设备记忆程序和数据的存储器完成数据加工处理的运算器控制程序执行的控制器输出处理结果的输出设备。

  EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成,包括:运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备,并描述了这五部分的职能和相互关系.报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。

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