什麼是馮·諾依曼模型?
馮·諾依曼模型由三個特定的元件(或子系統)組成,包括中央處理單元(CPU)、記憶體和輸入/輸出(I/O)介面。該圖定義了互連這些元件的各種可能方法之一。
CPU − CPU 可以被認為是計算機系統的核心,包括三個主要元件:控制單元 (CU)、一個或多個算術邏輯單元 (ALU) 和多個暫存器。控制單元決定指令執行的順序並控制有用運算元的檢索。它定義了機器的指令。
每條指令的執行都由控制單元建立的一系列控制訊號持續進行。控制單元透過向各個元件發出控制訊號來控制資料在系統中的流動。由控制訊號生成的每個操作稱為微操作 (MO)。
計算機記憶體 − 它可以儲存程式指令和資料。有兩種型別的記憶體:RAM(隨機存取儲存器)和 ROM(只讀儲存器)。
RAM 儲存機器執行的資料和通用程式。RAM 是臨時的,其內容可以在任何時候修改,並且在裝置電源關閉時會被清除。ROM 是永久性的,可以儲存機器的原始啟動指令。
I/O 介面 − 它使計算機的記憶體能夠獲取資料並將資訊傳送到輸出裝置。此外,它們使計算機能夠連線到使用者和輔助儲存裝置,例如磁碟和磁帶驅動器。
先前的元件透過一組稱為匯流排的訊號線連線。如圖所示,攜帶資料的匯流排主要有控制匯流排、資料匯流排和地址匯流排。每個匯流排都由多根導線組成,這些導線能夠在多個硬體元件之間並行傳輸資料。
地址匯流排識別記憶體位置和 I/O 裝置。雙向資料匯流排向元件傳送或從元件接收資訊。控制匯流排包括允許 CPU 連線到記憶體和 I/O 裝置的訊號。
在馮·諾依曼計算裝置中實現軟體需要使用剛剛定義的三個主要元件。通常,一個稱為作業系統的軟體包控制著這三個元件如何協同工作。
作業系統利用 I/O 介面從輔助儲存中獲取應用程式並將其載入到記憶體中。程式載入到記憶體後,作業系統然後安排 CPU 開始執行程式指令。每個要執行的指令都應首先從記憶體中檢索。此檢索稱為指令提取。
提取指令後,將其放置到 CPU 中的一個特定暫存器中,稱為指令暫存器 (IR)。在 IR 中,指令被解碼以確定必須執行哪種操作。如果指令需要運算元,則這些運算元將從記憶體或可能從各個暫存器中提取,並放置到合適的位置(某些暫存器或專門指定的儲存區域,稱為緩衝區)。