冯诺依曼体系结构

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EDVAC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。

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princeton

architecture）。

1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。

特点

冯.诺依曼结构处理器具有以下几个特点：

1：必须有一个存储器；2：必须有一个控制器；3：必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；4：必须有输入设备和输出设备，用于进行人机通信。:另外，程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作

功能

根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：

把需要的程序和数据送至计算机中。

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。

能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。

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。

能够按照要求将处理结果输出给用户。

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，

包括：

输人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。

1、 简述冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程。

答：冯诺依曼体系结构计算机的要点：计算机中的信息（程序和数据）以二进制方式表示。程序预存储，机器自动执行。计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。计算机通过执行预存储在存储器中的程序来完成预定的运算。程序由计算机的指令序列构成，计算机在处理器的控制下，首先从存储器读取一条待执行的指令到处理器中，接下来分析这条指令，而后发出该指令对应的电平脉码序列，即执行该指令。并以此递归运行程序。

2、 何谓总线？计算机中有哪几类总线？简述其用途。

答：计算机的总线（Bus）就是连接计算机硬件各部件，用于计算机硬件各部件之间信息传输的公共通道。按照其传送信号的用途属性，总线可细分为：地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）三类。

 地址总线（A_Bus）：专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送地址信息的信号线。此类信号线传送的信息总是从CPU到存储器或I/O端口，它是单向信号线。

 数据总线（D_Bus）：专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送数据信息的信号线。此类信号线传送的信息可以是从CPU到存储器或I/O端口（“写”操作），也可能是从存储器或I/O端口到CPU（“读”操作），它是双向信号线。

 控制总线（C_Bus）：专用于CPU与其它部件之间传送控制信息和状态信息的信号线。此类信号线的构成比较复杂，传送的控制、状态信息可以是从CPU到其它部件，也可能是从其它部件到CPU。此类总线中的某些具体的线是单向的（或从CPU到其它部件，或反之），但作为总线来说，它是双向信号线。

3、中央处理器CPU是计算机的核心部件，主要功能是解释并执行计算机指令，完成数据处理和对计算机其他各部分进行控制。存储器是计算机系统中用来存储程序和数据的信息记忆部件。

4、嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。简而言之，嵌入式系统就是嵌入到目标应用系统中、完成特定处理功能的专用计算机系统。

冯诺依曼计算机体系结构是由冯·诺依曼提出的计算机体系结构的理论模型，是当今计算机系统的基础架构。冯诺依曼计算机体系结构的主要思想包括：

1．计算机是由硬件和软件组成的。硬件包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，软件包括操作系统、应用程序等。

2．计算机采用二进制系统，所有的数据和指令都用二进制编码表示。

3．计算机的硬件和软件是分开的，硬件只负责执行指令，而软件负责规划指令的执行过程。

4．计算机采用的是存储器系统，所有的数据和指令都存储在存储器中，并由中央处理器读取并执行。

5．计算机采用分治法，将复杂的任务分解为若干个简单的任务，分别由不同的部件完成。

6．计算机采用的是程序控制的方式，所有的指令都按照一定的顺序执行，从而完成复杂的任务。

冯诺依曼计算机体系结构的主要思想是将计算机作为一个整体，由硬件和软件组成，并采用二进制系统、存储器系统和分治法等原理来实现计算机的功能。它为计算机的发展奠定了基础，是当今计算机系统的基础架构。

冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能

冯诺依曼体系结构是计算机体系结构中最为经典和重要的设计理念之一，它是由数学家冯诺依曼在20世纪40年代提出的。冯诺依曼体系结构主要包括五大组成部分，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。每个部分都有着独特的功能，在整个计算机系统中扮演着不可或缺的角色。

首先，运算器是冯诺依曼体系结构中的一个重要组成部分，它主要负责进行算术和逻辑运算。运算器包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器。ALU用来执行各种算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非），而寄存器则用来暂时存储运算结果或中间数据。运算器通过接收指令和数据，进行计算，并将结果存储到寄存器中，为后续计算和处理提供数据支持。

其次，控制器是冯诺依曼体系结构中另一个重要的组成部分，它主要负责控制计算机系统的运行状态。控制器包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器等部件。指令寄存器用来存储当前执行的指令，程序计数器用来记录下一条将要执行的指令的地址，而指令译码器则用来解析指令，确定执行的操作。控制器根据指令的要求，协调运算器和存储器的工作，使整个计算机系统按照程序顺序执行。

第三，存储器是冯诺依曼体系结构中至关重要的组成部分，它主要负责存储计算机系统中的数据和程序。存储器分为内存和外存两部分。内存主要用来存储正在执行的程序和数据，是计算机系统中速度最快的存储器，通常被称为随机存取存储器（RAM）。外存主要用来存储大量数据和程序，通常被称为磁盘或固态硬盘。存储器通过读写操作，实现对数据和程序的存储和访问，为计算机系统提供数据支持。 第四，输入设备是冯诺依曼体系结构中重要的组成部分，它主要负责将外部数据和指令输入到计算机系统中。输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等各种设备。输入设备通过将外部数据转换为计算机可识别的格式，传输给存储器或控制器，为计算机系统提供输入数据和操作指令。

最后，输出设备是冯诺依曼体系结构中不可或缺的组成部分，它主要负责将计算机系统处理后的数据和结果输出给外部设备或用户。输出设备包括显示器、打印机、扬声器等各种设备。输出设备通过将计算机系统中的数据转换为用户可识别的格式，显示或输出给用户，使用户能够获取计算机系统处理后的结果。