現(xiàn)代計(jì)算機(jī)大部分都是基于馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，馮.諾依曼結(jié)構(gòu)是由出生于匈牙利的美國籍猶太人數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾伊曼在1946年6月30號發(fā)表的論文中提出的。

當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)都采用的是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所以馮諾依曼是當(dāng)之無愧的數(shù)字計(jì)算機(jī)之父。

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

(1)計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)和指令一律用二進(jìn)制數(shù)表示

(2)順序執(zhí)行程序

計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中，把要執(zhí)行的程序和處理的數(shù)據(jù)首先存入主存儲器（內(nèi)存），計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，將自動地并按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執(zhí)行，這一概念稱作順序執(zhí)行程序。

(3)計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。

對于初學(xué)者我們應(yīng)該如何理解馮諾依曼體系呢？

當(dāng)年第一臺計(jì)算機(jī)ENIAC造出時(shí)采用的是十進(jìn)制，用了18000多只電子管，有資料說是不到18000只，總之是用了很多的電子管。但是為啥現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都采用了二進(jìn)制，那是因?yàn)轳T·諾依曼提出了二進(jìn)制，那為啥馮·諾依曼會提出二進(jìn)制，那是因?yàn)槎�進(jìn)制能大大簡化計(jì)算機(jī)的線路。咱們先看下十進(jìn)制與二進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系。

二進(jìn)制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001

十進(jìn)制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

為了簡化問題，我們可以把電子管想象成小燈泡，小燈泡亮的時(shí)候代表1，不亮的時(shí)候代表0。如果用十進(jìn)制代表9的話，則要9個(gè)小燈泡一起亮，才能代表數(shù)字9。然而用二進(jìn)制表示的話，則只用4個(gè)小燈泡就可以，第1位和第4位的小燈泡亮，第2位和第3位的小燈泡不亮，這樣就表示了1001。同理，表示數(shù)字7的話用3個(gè)亮著的小燈泡就可以了。這樣就可以簡化計(jì)算機(jī)的線路了，線路簡化了，計(jì)算機(jī)出錯(cuò)的幾率就大大降低了，可靠性自然就大大提高了。

關(guān)于二級制的邏輯控制它的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是布爾代數(shù)，布爾代數(shù)是關(guān)于集合的運(yùn)算，集合之間基本運(yùn)算有交集，并集，補(bǔ)集。舉個(gè)簡單的例子，假設(shè)四年級有兩個(gè)班，一班和二班�，F(xiàn)在就有兩個(gè)集合，一班和二班。現(xiàn)在我們要找四年級的全部男生，就是一班的男生和二班的男生的人數(shù)和，這個(gè)就是交集。如果我們要找四年級的全部學(xué)生，就是一班的學(xué)生加上二班的學(xué)生，這個(gè)就是并集。同時(shí)，一班是二班的補(bǔ)集，二班也是一班的補(bǔ)集�，F(xiàn)在咱們假設(shè)有兩種特殊的集合，其中一個(gè)集合只有元素1，另一個(gè)集合只有0，那么集合的運(yùn)算就轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制的運(yùn)算。其中交集變成了二進(jìn)制的'與'用符號“&”表示，并集變成了二進(jìn)制的'或'用“|”表示，補(bǔ)集變成了二進(jìn)制的'非'用“!”表示。則結(jié)果為：1&0=0，1|0=1，!1=0

 

最后，咱們看一下，馮諾依曼那五大部件是如何一起工作的。在這里咱們做一個(gè)類比，就是把電腦當(dāng)成人腦，咱們看看人腦是如何工作的。這里先假設(shè)把運(yùn)算器、控制器、存儲器都裝入我們的大腦，我們的眼睛和耳朵是輸入設(shè)備，因?yàn)檠劬κ强吹�，耳朵是聽的，�?dāng)然是輸入了。我們的嘴巴，手，腿都是輸出設(shè)備。因?yàn)樽彀褪钦f話的，所以是輸出，當(dāng)然如果嘴巴吃飯的話，又成輸入設(shè)備了，在這里咱們只用嘴巴說話的功能。我們上課的時(shí)候，老師講著課呢，突然發(fā)現(xiàn)你走神了，于是老師叫你：小明，你給老師算一下2+3等于幾。請注意：這個(gè)時(shí)候你的耳朵把這個(gè)信息輸入給你的大腦，你大腦里有運(yùn)算器、控制器、存儲器，這時(shí)這個(gè)信息進(jìn)入了存儲器，存儲器再把這個(gè)信息交給你大腦的運(yùn)算器。你大腦的運(yùn)算器經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，終于算出了結(jié)果等于5，于是通知你的輸出設(shè)備嘴，把這個(gè)結(jié)果說了出來。上完了數(shù)學(xué)課，你又上了一節(jié)體育課，體育課上在玩籃球，你的同學(xué)把籃球傳給你，請注意：這個(gè)時(shí)候你的眼睛作為輸入設(shè)備將這個(gè)信號傳給了大腦的存儲器，然后存儲器又把信號交給了大腦的控制器，然后大腦控制器發(fā)出了信號接球，這個(gè)時(shí)候你的輸出設(shè)備手就執(zhí)行了命令接球。以上就是五大部件一起工作的原理。在這里需要提出的是，五大部件中的存儲器指的是內(nèi)存，我們平時(shí)說的外存（主要指硬盤）既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備。當(dāng)我們讀取硬盤數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤就是輸入設(shè)備，當(dāng)我們存儲數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤就是輸出設(shè)備。咱們平時(shí)說的CPU就包括了運(yùn)算器和控制器。

 

約翰·馮·諾伊曼

1、馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)隱約指導(dǎo)了將存儲設(shè)備與中央處理器分開的概念，因此依本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的計(jì)算機(jī)又稱存儲程序計(jì)算機(jī)。

 

馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

這個(gè)體系結(jié)構(gòu)上主要特點(diǎn)有：

1）以運(yùn)算單元為中心

2）采用存儲程序原理

3）存儲器是按地址訪問、線性編址的空間

4）控制流由指令流產(chǎn)生

5）指令由操作碼和地址碼組成

6）數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼

2、CPU

 

inter的CPU

CPU（Central Processing Unit）又稱中央處理器，是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。

3、存儲設(shè)備

1）內(nèi)存

 

內(nèi)存條

計(jì)算機(jī)內(nèi)存是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，是典型的隨機(jī)存取存儲器(Random Access Memory，縮寫：RAM), 它可以隨時(shí)讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。我們經(jīng)常說電腦的內(nèi)存是2G，4G等就是說的這個(gè)內(nèi)存，電腦斷電后內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)就會消失。

2）硬盤

 

硬盤主要是用于存儲大量文件，它不能直接與CPU交換數(shù)據(jù)，當(dāng)讀取硬盤文件時(shí)首先將文件加載到內(nèi)存中，然后再由內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)。硬盤一般容量比較大，都在上百G以上，電腦斷電后硬盤中的文件數(shù)據(jù)不會消失。

4、輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。主要有如下幾種常見的輸入設(shè)備。

 

輸入設(shè)備

1）鼠標(biāo)

2）鍵盤

3）掃描儀

4）手柄

5）數(shù)字相機(jī)

6）麥克風(fēng)

5、輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的終端設(shè)備，用于接收計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的輸出顯示、打印、聲音、控制外圍設(shè)備操作等。主要有如下幾種常見輸出設(shè)備。

 

輸出設(shè)備

1）顯示器

2）揚(yáng)聲器

3）打印機(jī)

4）投影儀