什么是冯·诺依曼模型?
冯·诺依曼模型由三个特定的组件(或子系统)组成,包括中央处理单元(CPU)、内存和输入/输出(I/O)接口。该图定义了互连这些组件的各种可能方法之一。
CPU − CPU 可以被认为是计算机系统的核心,包括三个主要组件:控制单元 (CU)、一个或多个算术逻辑单元 (ALU) 和多个寄存器。控制单元决定指令执行的顺序并控制有用操作数的检索。它定义了机器的指令。
每条指令的执行都由控制单元创建的一系列控制信号持续进行。控制单元通过向各个组件发出控制信号来控制数据在系统中的流动。由控制信号生成的每个操作称为微操作 (MO)。
计算机内存 − 它可以存储程序指令和数据。有两种类型的内存:RAM(随机存取存储器)和 ROM(只读存储器)。
RAM 存储机器执行的数据和通用程序。RAM 是临时的,其内容可以在任何时候修改,并且在设备电源关闭时会被清除。ROM 是永久性的,可以存储机器的原始启动指令。
I/O 接口 − 它使计算机的内存能够获取数据并将信息发送到输出设备。此外,它们使计算机能够连接到用户和辅助存储设备,例如磁盘和磁带驱动器。
先前的组件通过一组称为总线的信号线连接。如图所示,携带数据的总线主要有控制总线、数据总线和地址总线。每个总线都由多根导线组成,这些导线能够在多个硬件组件之间并行传输数据。
地址总线识别内存位置和 I/O 设备。双向数据总线向组件发送或从组件接收信息。控制总线包括允许 CPU 连接到内存和 I/O 设备的信号。
在冯·诺依曼计算设备中实现软件需要使用刚刚定义的三个主要组件。通常,一个称为操作系统的软件包控制着这三个组件如何协同工作。
操作系统利用 I/O 接口从辅助存储中获取应用程序并将其加载到内存中。程序加载到内存后,操作系统然后安排 CPU 开始执行程序指令。每个要执行的指令都应首先从内存中检索。此检索称为指令提取。
提取指令后,将其放置到 CPU 中的一个特定寄存器中,称为指令寄存器 (IR)。在 IR 中,指令被解码以确定必须执行哪种操作。如果指令需要操作数,则这些操作数将从内存或可能从各个寄存器中提取,并放置到合适的位置(某些寄存器或专门指定的存储区域,称为缓冲区)。