20140710-大学计算机第3讲-冯.诺依曼计算机-机器级程序及其执行
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冯诺依曼计算机的工作流程冯诺依曼计算机是一种基于存储程序概念的计算机体系结构,它的工作流程可以分为五个主要步骤:取指令、解码指令、执行指令、访问存储器和写回数据。
下面将详细介绍每个步骤的具体内容。
1. 取指令取指令是冯诺依曼计算机工作流程的第一步,也是程序执行的起点。
计算机通过控制部件将指令从存储器中读取出来,并将其送往指令寄存器中等待执行。
冯诺依曼计算机中的指令是按照顺序存储在存储器中的,通过指令寄存器中的指令地址来确定要执行的下一条指令。
2. 解码指令解码指令是指对取出的指令进行解析,确定该指令的具体操作和操作数。
冯诺依曼计算机中的指令一般由操作码和操作数组成,操作码表示指令的类型,操作数表示参与操作的数据。
解码指令的过程就是根据操作码的不同,确定该指令的操作类型,并将操作数从存储器中取出。
3. 执行指令执行指令是将解码后的指令进行实际的操作。
不同的指令会有不同的执行方式,例如算术运算指令会对操作数进行相应的计算,逻辑运算指令会根据操作数进行相应的逻辑判断。
执行指令的结果会存放在暂存器中,供后续的操作使用。
4. 访问存储器访问存储器是指将需要读取或写入的数据从存储器中取出或存入。
冯诺依曼计算机中的存储器用于存放指令和数据,可以按照地址进行读写操作。
在访问存储器的过程中,需要根据指令或操作的要求,确定要读取或写入的数据的地址,并将数据从存储器中取出或存入。
5. 写回数据写回数据是将执行指令后得到的结果写回到存储器或寄存器中。
在执行指令的过程中,计算机会将计算结果存放在暂存器中,然后根据指令的要求,将结果写回到存储器或寄存器中。
写回数据的过程是将暂存器中的数据写入到指定的存储地址或寄存器中。
以上就是冯诺依曼计算机的工作流程,通过取指令、解码指令、执行指令、访问存储器和写回数据这五个步骤,计算机可以完成各种复杂的计算任务。
冯诺依曼计算机的工作流程清晰明了,每个步骤都有其特定的功能和作用,在整个过程中相互配合,完成指令的执行和数据的处理。
冯诺依曼计算机的工作过程冯诺依曼计算机是指由冯·诺依曼在20世纪40年代初提出的一种基于存储程序的计算机结构。
它的工作过程主要包括指令执行、数据存取和运算三个基本环节。
一、指令执行冯诺依曼计算机的指令执行过程主要分为取指令、译码、执行三个阶段。
1. 取指令阶段:计算机从内存中读取下一条指令,并将其存放在指令寄存器中。
指令寄存器保存了当前正在执行的指令。
2. 译码阶段:计算机将指令从指令寄存器中取出,并对其进行解码,确定该指令的操作类型和操作数。
3. 执行阶段:根据指令的操作类型和操作数,计算机执行相应的操作,可能涉及到算术运算、逻辑运算、数据传送等。
二、数据存取冯诺依曼计算机的数据存取过程主要包括内存读取和写入两个操作。
1. 内存读取:计算机从内存中读取数据时,需要先确定要读取的数据的存储地址,并将该地址发送给内存控制器。
内存控制器根据地址将数据读取出来,并传送给CPU。
2. 内存写入:计算机向内存中写入数据时,需要先确定要写入的数据和存储地址,并将数据和地址发送给内存控制器。
内存控制器将数据写入指定地址的存储单元。
三、运算冯诺依曼计算机的运算过程主要包括算术运算和逻辑运算两种类型。
1. 算术运算:计算机可以进行加法、减法、乘法、除法等数值运算。
这些运算是通过算术逻辑单元(ALU)来实现的。
ALU接收操作数和操作码,并根据操作码执行相应的运算操作。
2. 逻辑运算:计算机可以进行与、或、非、异或等逻辑运算。
这些运算是通过逻辑运算单元(LU)来实现的。
LU接收操作数和操作码,并根据操作码执行相应的逻辑运算操作。
四、工作流程冯诺依曼计算机的工作流程可以简述为:首先,计算机从内存中读取下一条指令,并将其存放在指令寄存器中;然后,计算机对指令进行解码,确定其操作类型和操作数;接着,根据指令的操作类型和操作数执行相应的操作,可能涉及到算术运算、逻辑运算、数据传送等;最后,计算机根据需要从内存中读取数据或将数据写入内存。
第4章冯.诺依曼计算机:机器级程序及其执行1、关于“图灵机”,下列说法不正确的是_____。
(A)图灵机给出的是计算机的理论模型;(B)图灵机的状态转移函数<q, X, Y, R(或L或N), p>,其实就是一条指令,即在q状态下,当输入为X时,输出为Y,读写头向右(R)、向左(L)移动一格或不动(N),状态变为p;(C)图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路;(D)凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决;凡是图灵机解决不了的问题人和算法也解决不了;(E)上述有不正确的。
答案:E解释:本题考核基本的图灵机模型。
20世纪30年代,图灵提出了图灵机模型,建立了指令、程序及通用机器执行程序的理论模型,奠定了计算理论的基础,因此(A)正确;选项(B)是图灵机的五元组形式的指令集,是一个行动集合,又称状态转移函数,因此正确;图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路,一个问题的求解可以通过构造其图灵机(即算法和程序)来解决,因此(C)正确;(D)为图灵可计算性问题,正确。
综上,本题答案为(E)。
具体内容请参考第四章视频之“图灵机的思想与模型简介”以及第四章课件。
2、关于“图灵机”和“计算”,下列说法不正确的是_____。
(A)计算就是对一条两端可无限延长的纸带上的一串0和1,一步一步地执行指令,经过有限步骤后得到的一个满足预先规定的符号串的变换过程;(B)“数据”可被制成一串0和1的纸带送入机器中进行自动处理,被称为数据纸带;处理数据的“指令”也可被制作成一串0和1的纸带送入机器中,被称为程序纸带;机器一方面阅读程序纸带上的指令,并按照该指令对数据纸带上的数据进行变换处理。
(C)计算机器可以这样来制造:读取程序纸带上的指令,并按照该指令对数据纸带上的数据做相应的变换,这就是图灵机的基本思想;(D)上述有不正确的。
答案:D大学计算机-计算思维练习题集解释:本题考核对图灵机思想的理解。
冯诺依曼计算机指令按顺序执行1. 引言在计算机科学领域,冯诺依曼计算机指令按顺序执行是一项基础而重要的原则。
冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理是,计算机按照程序中指令的顺序依次执行,每个指令完成后再执行下一条指令。
这个原则为计算机的运行提供了基本框架,使得计算机能够高效地完成各种任务。
本文将详细探讨冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理、应用和优化方法。
2. 冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理冯诺依曼计算机是由存储器、运算器、控制器和输入输出设备组成的系统。
在这种系统中,存储器用于存储程序和数据,运算器用于进行各种运算操作,控制器负责控制程序的执行和数据传输,输入输出设备负责与外部环境进行数据交互。
在冯诺依曼计算机中,程序被存储在存储器中,并通过控制器逐条取出并送入运算器进行处理。
每条指令都有一个唯一的地址,并且按照地址顺序存储在存储器中。
控制器根据程序计数器中的值来确定下一条要执行的指令的地址,并将指令送入运算器执行。
执行完一条指令后,程序计数器自动加1,指向下一条要执行的指令地址,然后控制器再次将该指令送入运算器执行。
这样,计算机就能够按照程序中指令的顺序依次执行,完成各种任务。
3. 冯诺依曼计算机指令按顺序执行的应用冯诺依曼计算机指令按顺序执行在各个领域都有广泛应用。
例如,在科学研究领域,冯诺依曼计算机被用于模拟和解决各种科学问题。
科学家们可以通过编写相应的程序,在计算机上模拟自然界中复杂的现象和物理实验,并通过观察和分析模拟结果来推断现象背后的规律。
在工程领域,冯诺依曼计算机被广泛应用于设计和优化各种工程系统。
例如,在航空航天工程中,工程师们可以使用计算机来模拟飞行过程,并根据模拟结果对飞行控制系统进行优化。
在电子电路设计中,计算机可以帮助工程师们进行电路仿真和优化,提高电路的性能和可靠性。
在商业领域,冯诺依曼计算机被广泛应用于数据处理和管理。
例如,在银行业中,计算机可以帮助银行处理大量的交易数据,并自动进行账务处理和风险控制。
冯·诺依曼计算机是指由美国计算机科学家冯·诺依曼于20世纪40年代提出的一种计算机结构与运行方式。
它是现代计算机的基础,对计算机技术的发展产生了深远的影响。
下面将从计算机结构和运行方式两个方面进行简要介绍。
一、冯·诺依曼计算机的结构1. 存储器冯·诺依曼计算机的存储器是其中最重要的部分,它由两部分组成,即数据存储器和程序存储器。
数据存储器用于存储数据,而程序存储器用于存储计算机的指令。
2. 控制器冯·诺依曼计算机的控制器负责控制计算机的操作,它根据程序存储器中的指令来执行各种操作,包括将指令送入运算器、将数据从存储器读出或写入、控制输入输出设备等。
3. 运算器冯·诺依曼计算机的运算器负责对数据进行各种运算操作,包括加减乘除、逻辑运算等。
它是计算机进行算术运算和逻辑运算的核心部分。
4. 输入输出设备冯·诺依曼计算机还包括各种输入输出设备,如键盘、鼠标、显示器、打印机等,用于实现计算机与用户之间的交互和数据的输入输出。
二、冯·诺依曼计算机的运行方式1. 指令周期冯·诺依曼计算机的运行方式是按照指令周期来进行的。
指令周期是计算机执行一条指令所需的时间,它包括取指令、译码、执行、访存和写回等阶段。
2. 指令执行流程冯·诺依曼计算机执行指令的一般流程是这样的:首先从程序存储器中取出一条指令,然后交给控制器进行译码,控制器根据译码结果控制运算器进行相应的操作,最后将运算结果写回存储器或输出到输出设备中。
3. 数据流冯·诺依曼计算机的数据流指的是数据在存储器、运算器和输入输出设备之间的流动。
数据流向是单向的,即数据从存储器流向运算器进行运算,然后再流回存储器或输出到输出设备中。
4. 并行处理冯·诺依曼计算机的并行处理能力有限,它一次只能执行一条指令,无法同时执行多条指令,这限制了它在某些计算密集型应用中的性能表现。
简述冯.诺依曼型计算机存储程序冯·诺依曼型计算机存储程序是一种广泛应用的计算机结构,它将指令和数据一样存储在内存中,使得计算机能够按照程序指令来执行任务。
本文将从简述冯·诺依曼型计算机的基本原理和结构开始,逐步深入探讨其在现代计算机中的应用,以及对未来计算机发展的影响。
一、基本原理和结构冯·诺依曼型计算机以数学家冯·诺依曼的名字命名,其基本原理包括指令和数据的存储器统一、存储程序概念、按位置区域访问存储器和顺序执行指令等。
其基本结构包括中央处理器、存储器、输入输出设备和数据通路等部分。
这种结构的计算机在执行程序时,可以将指令和数据存储在同一个存储器中,并根据程序计数器依次执行指令,从而实现程序的顺序执行。
二、在现代计算机中的应用冯·诺依曼型计算机结构已经成为现代计算机的主流结构,几乎所有的个人电脑、服务器和移动设备都采用了这种结构。
在这种结构下,计算机可以通过读取存储器中的指令来执行各种任务,而这些指令可以根据程序员的需求进行改变和优化,从而实现不同的功能和应用。
三、对未来计算机发展的影响冯·诺依曼型计算机结构在过去几十年中一直是计算机发展的主流方向,但随着计算机应用需求的不断增加和技术的不断进步,人们也在探索更加先进和高效的计算机结构。
其中,量子计算机和神经网络计算机等新型计算机结构正在逐渐崭露头角,它们可能会对冯·诺依曼型计算机产生深远影响,从而推动计算机技术的发展走向新的高度。
个人观点与理解冯·诺依曼型计算机存储程序作为一种经典的计算机结构,其在计算机领域的影响不言而喻。
然而,随着计算机技术的不断发展,我们也应该不断地探索新的计算机结构和技术,以应对不断增长的计算需求和解决新的挑战。
我相信,冯·诺依曼型计算机结构将会在未来计算机技术的发展中继续发挥重要作用,同时也期待着看到更多新型计算机结构的出现和应用。