- Objective: - Breadcrumb: # 概念阐释 冯·诺依曼架构（Von Neumann Architecture）是一种经典的计算机设计模型，由约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）在1945年提出，至今仍然是主流[[通用计算机]]的设计架构。 这种设计主要包括： - **计算和存储的关系**：分离 - **存储程序**：将**程序与数据**存储在同一个存储器中。计算机可以通过改变存储器中的内容来执行不同的程序。 - [[CPU 中央处理器]]：计算机的大脑，负责执行程序指令。CPU 包含以下部分： - 算数逻辑单元：执行算术和逻辑运算 - 控制单元：解释指令，并控制其他硬件组件执行指令 - 寄存器：用于存储临时数据和指令地址 - **存储器**：存储器用于存放程序指令和数据。根据存储方式和用途，存储器可以分为主存（如RAM）和辅存（如硬盘）。 - 输入输出设备 I/O：用于与外部交互的设备，如鼠标、键盘、显示器、打印机。 - **[[Bus 总线]]**：连接 CPU、存储器和 I/O 设备的通信通道，用于传输数据、地址和控制信号。 # 实例 ## 存储程序 假设我们有一台基于冯·诺依曼架构的计算机，存储器中存储了两个不同的程序：一个是文本编辑器程序，另一个是计算器程序。存储器的布局如下： 1. **存储器内容：** - 地址 0x0000 - 0x0FFF：文本编辑器程序代码 - 地址 0x1000 - 0x1FFF：计算器程序代码 - 地址 0x2000 - 0x2FFF：共享数据区（用于存储程序运行时的数据） ### 使用文本编辑器程序 当我们启动文本编辑器程序时，计算机会执行以下操作： 1. **取指令（Fetch）**：从地址 0x0000 开始，CPU 读取文本编辑器程序的指令。 2. **解释指令（Decode）**：控制单元解释指令，确定需要执行的操作。 3. **执行指令（Execute）**：CPU 执行文本编辑器程序的指令，如显示文本、处理用户输入、保存文件等。 4. **存储数据（Store）**：在运行过程中，文本编辑器程序可能会将数据存储到共享数据区，如用户输入的文本内容。 ### 切换到计算器程序 当我们关闭文本编辑器并启动计算器程序时，计算机会执行以下操作： 1. **取指令（Fetch）**：从地址 0x1000 开始，CPU 读取计算器程序的指令。 2. **解释指令（Decode）**：控制单元解释指令，确定需要执行的操作。 3. **执行指令（Execute）**：CPU 执行计算器程序的指令，如处理数学运算、显示计算结果等。 4. **存储数据（Store）**：在运行过程中，计算器程序可能会将数据存储到共享数据区，如用户输入的计算表达式和计算结果。 ### 说明 通过上述示例，我们可以看到： - **程序存储在同一存储器中**：文本编辑器程序和计算器程序都存储在同一个存储器中，但它们位于不同的地址区域。 - **数据存储在同一存储器中**：无论是文本编辑器还是计算器，运行时生成的数据都存储在共享数据区中。 - **程序的灵活性**：计算机可以通过改变存储器中的内容来执行不同的程序。例如，关闭文本编辑器并启动计算器，无需更改硬件，只需改变存储器中被访问的程序代码区域。 # 相关内容 ## 工作过程 冯·诺依曼架构的主要工作过程如下： 1. **取指令（Fetch）**：从存储器中读取下一条指令到CPU的指令寄存器中。 2. **解释指令（Decode）**：控制单元解释指令并确定需要执行的操作。 3. **执行指令（Execute）**：ALU执行指令所要求的操作，如算术运算、逻辑运算或数据传输。 4. **存储结果（Store）**：将运算结果存储到适当的位置，如寄存器或存储器中。 # 参考资料