現(xiàn)代計算機大部分都是基于馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，馮.諾依曼結(jié)構(gòu)是由出生于匈牙利的美國籍猶太人數(shù)學家約翰·馮·諾伊曼在1946年6月30號發(fā)表的論文中提出的。

當前最先進的計算機都采用的是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所以馮諾依曼是當之無愧的數(shù)字計算機之父。

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點：

(1)計算機處理的數(shù)據(jù)和指令一律用二進制數(shù)表示

(2)順序執(zhí)行程序

計算機運行過程中，把要執(zhí)行的程序和處理的數(shù)據(jù)首先存入主存儲器（內(nèi)存），計算機執(zhí)行程序時，將自動地并按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執(zhí)行，這一概念稱作順序執(zhí)行程序。

(3)計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。

對于初學者我們應(yīng)該如何理解馮諾依曼體系呢？

當年第一臺計算機ENIAC造出時采用的是十進制，用了18000多只電子管，有資料說是不到18000只，總之是用了很多的電子管。但是為啥現(xiàn)在的計算機都采用了二進制，那是因為馮·諾依曼提出了二進制，那為啥馮·諾依曼會提出二進制，那是因為二進制能大大簡化計算機的線路。咱們先看下十進制與二進制的對應(yīng)關(guān)系。

二進制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001

十進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

為了簡化問題，我們可以把電子管想象成小燈泡，小燈泡亮的時候代表1，不亮的時候代表0。如果用十進制代表9的話，則要9個小燈泡一起亮，才能代表數(shù)字9。然而用二進制表示的話，則只用4個小燈泡就可以，第1位和第4位的小燈泡亮，第2位和第3位的小燈泡不亮，這樣就表示了1001。同理，表示數(shù)字7的話用3個亮著的小燈泡就可以了。這樣就可以簡化計算機的線路了，線路簡化了，計算機出錯的幾率就大大降低了，可靠性自然就大大提高了。

關(guān)于二級制的邏輯控制它的數(shù)學基礎(chǔ)是布爾代數(shù)，布爾代數(shù)是關(guān)于集合的運算，集合之間基本運算有交集，并集，補集。舉個簡單的例子，假設(shè)四年級有兩個班，一班和二班。現(xiàn)在就有兩個集合，一班和二班。現(xiàn)在我們要找四年級的全部男生，就是一班的男生和二班的男生的人數(shù)和，這個就是交集。如果我們要找四年級的全部學生，就是一班的學生加上二班的學生，這個就是并集。同時，一班是二班的補集，二班也是一班的補集。現(xiàn)在咱們假設(shè)有兩種特殊的集合，其中一個集合只有元素1，另一個集合只有0，那么集合的運算就轉(zhuǎn)換成了二進制的運算。其中交集變成了二進制的'與'用符號“&”表示，并集變成了二進制的'或'用“|”表示，補集變成了二進制的'非'用“!”表示。則結(jié)果為：1&0=0，1|0=1，!1=0

 

最后，咱們看一下，馮諾依曼那五大部件是如何一起工作的。在這里咱們做一個類比，就是把電腦當成人腦，咱們看看人腦是如何工作的。這里先假設(shè)把運算器、控制器、存儲器都裝入我們的大腦，我們的眼睛和耳朵是輸入設(shè)備，因為眼睛是看的，耳朵是聽的，當然是輸入了。我們的嘴巴，手，腿都是輸出設(shè)備。因為嘴巴是說話的，所以是輸出，當然如果嘴巴吃飯的話，又成輸入設(shè)備了，在這里咱們只用嘴巴說話的功能。我們上課的時候，老師講著課呢，突然發(fā)現(xiàn)你走神了，于是老師叫你：小明，你給老師算一下2+3等于幾。請注意：這個時候你的耳朵把這個信息輸入給你的大腦，你大腦里有運算器、控制器、存儲器，這時這個信息進入了存儲器，存儲器再把這個信息交給你大腦的運算器。你大腦的運算器經(jīng)過復雜的運算，終于算出了結(jié)果等于5，于是通知你的輸出設(shè)備嘴，把這個結(jié)果說了出來。上完了數(shù)學課，你又上了一節(jié)體育課，體育課上在玩籃球，你的同學把籃球傳給你，請注意：這個時候你的眼睛作為輸入設(shè)備將這個信號傳給了大腦的存儲器，然后存儲器又把信號交給了大腦的控制器，然后大腦控制器發(fā)出了信號接球，這個時候你的輸出設(shè)備手就執(zhí)行了命令接球。以上就是五大部件一起工作的原理。在這里需要提出的是，五大部件中的存儲器指的是內(nèi)存，我們平時說的外存（主要指硬盤）既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備。當我們讀取硬盤數(shù)據(jù)的時候，硬盤就是輸入設(shè)備，當我們存儲數(shù)據(jù)的時候，硬盤就是輸出設(shè)備。咱們平時說的CPU就包括了運算器和控制器。

 

約翰·馮·諾伊曼

1、馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的計算機設(shè)計概念結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)隱約指導了將存儲設(shè)備與中央處理器分開的概念，因此依本結(jié)構(gòu)設(shè)計出的計算機又稱存儲程序計算機。

 

馮.諾依曼結(jié)構(gòu)

這個體系結(jié)構(gòu)上主要特點有：

1）以運算單元為中心

2）采用存儲程序原理

3）存儲器是按地址訪問、線性編址的空間

4）控制流由指令流產(chǎn)生

5）指令由操作碼和地址碼組成

6）數(shù)據(jù)以二進制編碼

2、CPU

 

inter的CPU

CPU（Central Processing Unit）又稱中央處理器，是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。

3、存儲設(shè)備

1）內(nèi)存

 

內(nèi)存條

計算機內(nèi)存是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器，是典型的隨機存取存儲器(Random Access Memory，縮寫：RAM), 它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。我們經(jīng)常說電腦的內(nèi)存是2G，4G等就是說的這個內(nèi)存，電腦斷電后內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)就會消失。

2）硬盤

 

硬盤主要是用于存儲大量文件，它不能直接與CPU交換數(shù)據(jù)，當讀取硬盤文件時首先將文件加載到內(nèi)存中，然后再由內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)。硬盤一般容量比較大，都在上百G以上，電腦斷電后硬盤中的文件數(shù)據(jù)不會消失。

4、輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計算機與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。主要有如下幾種常見的輸入設(shè)備。

 

輸入設(shè)備

1）鼠標

2）鍵盤

3）掃描儀

4）手柄

5）數(shù)字相機

6）麥克風

5、輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是計算機硬件系統(tǒng)的終端設(shè)備，用于接收計算機數(shù)據(jù)的輸出顯示、打印、聲音、控制外圍設(shè)備操作等。主要有如下幾種常見輸出設(shè)備。

 

輸出設(shè)備

1）顯示器

2）揚聲器

3）打印機

4）投影儀