冯诺依曼体系结构

Posted 2022-12-11 东东7_7

计算机的基本组成

如今我们在生活中用的大多数都为品牌机，其实并不知道他实际的结构，其实我对这方面一直充满着兴趣，就来学习了一下这些基本的结构。

其实计算机最基本的结构并不是我们每天能看到的鼠标、键盘这些东西，而是CPU，内存和主板

1. CPU：他作为计算机中最昂贵的部件，它主要起着运算的作用
2. 内存：他是储存数据和程序用的装置，他需要被程序读取，还要写回内存
3. 主板：主板的作用其实就是就是桥梁的作用，他是连接CPU和内存的设备，我们通常使用CPU和内存是插在主板上的，主板有着两大组件，一个为芯片组，一个为总线，芯片组主要控制数据的流动，总线则是数据流通的桥梁，所以总线速度决定了数据能传输多块。

其中还有一个比较重要的设备就是显卡，我在屏幕上使用的图形化界面就是由它所支持的，他之所以特殊是因为他自己的核心处理器GPU，在以前我们的主板上会有一个插槽，主要是来插入显卡的，我们称为板载显卡，而如今计算机通常将GPU集成在CPU内部。

在主板上有一片专门的区域，他是用来插入我们常用的鼠标，键盘，屏幕等输入输出设备，他称为”南桥“，他的作用就是用来连接这些设备和CPU之间的通信。还有一部分被称为”北桥“，他的作用是在CPU和显卡内存之间通信，不过现在已经被做在了内部，看不见了。

冯·诺依曼体系结构

在我们的手机中虽然主板中没有电脑那一系列的插槽，但是他将CPU，内存一系列东西都封装在一个芯片中，然后再嵌入到主板上，这种方式叫SOC（系统芯片）或者（片上芯片）

从这里看我们貌似感觉手机和电脑他的硬件组成方式不一样，但是我们编写APP的时候都是通过高级语言编译以后加载到内存中去，无论是电脑手机还是服务器都是这样，这就是我们所说的冯·诺依曼体系结构，也叫储存程序计算机。

所谓储存计算机就是两点，一点是可编程的，另一点是可“储存”

提到可编程的可能理解不了，那我们就来说一下不可编程的案例，就是我们使用的计算器，他的电路时焊死的，只能完成指定的功能

储存就是可以将程序放到内存中，在需要不同的功能的时候，可能加载程序中的程序重新编程

所以我们可以看到不论是不可编程还是不可储存都是十分的麻烦，所以储存程序计算机就是一种对效率的追求，下来我们来看看冯诺依曼体系都包含什么内容

1. 包含一个算数逻辑单元和处理器寄存器的处理器单元，他能完成各种算数和逻辑运算，所以称为运算器
2. 包含程序计数器和指令寄存器的控制器单元，用来控制程序流程和跳转，他和上面的处理器单元组成了CPU
3. 用来存储指令和数据的称为内存，以及更大容量的外部储存
4. 输入输出单元

所以任何一个计算机可以分为运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备，现代所有计算机的架构都是依据这个而来的

而所有的计算机程序，也都可以抽象为从输入设备读取输入信息，通过运算器和控制器来执行存储在存储器里的程序，最终把结果输出到输出设备中。而我们所有撰写的无论高级还是低级语言的程序，也都是基于这样一个抽象框架来进行运作的。

图灵机和冯诺依曼机的区别

冯诺依曼机侧重于**“程序存储"与"二进制执行**”，并提出实现这两点必须的五个部分:控制器，处理器，存储单元，输入和输出设备。这个体系基本奠定了近现代计算机的硬件基础，所以冯诺依曼被称为"计算机之父"

图灵机则是一个理想状态，它侧重于计算与逻辑。图灵提出的是一种关于计算机科学计算与逻辑的构想，理论上图灵机可以模拟人类所有的可计算过程。所以，图灵被称为"计算机科学之父"！

总结来说就是图灵机是抽象的理想状态，而冯诺依曼机则是一种储存程序和执行的设计思想