冯诺依曼体系结构

Posted 2023-02-26 北川_

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• 冯诺依曼体系结构简介
• 数据流向
• 存储分级
• 举例说明数据的流动过程

冯诺依曼体系结构简介

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

计算机本质上是有输入，并且经过计算机的计算，将结果显示到某种显示输出上，就可以称为计算机。
输入单元：键盘，网卡，磁盘，话筒…
输出单元：显示器，网卡，磁盘，音响…
存储器没有特殊说明一般指的是物理内存。
中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
运算器在进行运算的时候无外乎两种情况，一种是算术运算，一种逻辑运算。
控制器主要能够用来进行处理计算机外部的各种控制信号。

数据流向

冯诺依曼体系结构最典型的特征是所有的外设(输入单元和输出单元)产生的数据，必须将数据写入存储器。存储器本身没有计算能力，CPU通过某种方式来访问存储器，将数据读取进CPU内部，CPU进行运算器运算，控制器控制，最终将计算完的结果写回到内存当中。最后将最终的结果显示到显示器当中。
冯诺依曼规定了硬件层面上的数据流向

结论： 所有的输入设备，将数据输入到存储器当中，必须先到存储器(也就是内存)里面，然后运算器在合适的时候经过控制器控制，把数据加载到cpu内，在cpu内完成计算，将计算结果写回到内存，然后定期将数据刷新到输出设备。

存储分级

为什么在磁盘中编写好的可执行程序，运行的时候，必须先加载到内存？

上图主存通常指的就是内存，本地存储和网络存储这两个可以称为外设。
离cpu更近的存储的容量更小，速度更快但是成本更高。
离cpu越远的，容量更大，速度更慢，成本更低。
内存离cpu还是相对比较近的，磁盘离cpu相对较远。cpu还是和内存直接打交道不会和外设打交道。根本原因是因为，离cpu太远的外设往往访问的时候速度太慢，速度太慢会拖累cpu的效率。
在数据层面，cpu不和外设打交道，外设只和内存打交道。

举例说明数据的流动过程

你登录上qq开始和某位朋友聊天，发送一句“在吗”。不考虑网络。
通过键盘输入在吗，其中输入设备叫做键盘，键盘输入的数据放到内存里，处理好数据把数据放到cpu里，cpu经过计算写回存储器，存储器将数据定期刷新出去，此时的输出设备叫做网卡。
朋友家的电脑接受数据，此时的输入设备是网卡，网卡收到的数据放到内存里，然后经过cpu运算，把处理完的结果再写回存储器里，存储器定期将数据刷新到输出设备，此时的输出设备是显示器。