馮氏結構的由來
1945年,馮·諾伊曼首先提出了“存儲程式”的概念和二進制原理,後來,人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為“馮·諾伊曼型結構”計算機。馮·諾伊曼結構的處理器使用同一個存儲器,經由同一個匯流排傳輸。
馮氏結構的貢獻
馮·諾伊曼的主要貢獻就是提出並實現了“存儲程式”的概念。由於指令和數據都是二進制碼,指令和運算元的地址又密切相關,因此,當初選擇這種結構是自然的。但是,這種指令和數據共享同一匯流排的結構,使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸,影響了數據處理速度的提高。
從20世紀初,物理學和電子學科學家們就在爭論製造可以進行數值計算的機器應該採用什麼樣的結構。人們被十進制這個人類習慣的計數方法所困擾。所以,那時以研製模擬計算機的呼聲更為響亮和有力。20世紀30年代中期,德國科學家馮·諾伊曼大膽的提出,拋棄十進制,採用二進制作為數字計算機的數制基礎。同時,他還說預先編制計算程式,然後由計算機來按照人們事前制定的計算順序來執行數值計算工作。
馮氏結構的要點
馮·諾伊曼理論的要點是:數字計算機的數制採用二進制;計算機應該按照程式順序執行。
人們把馮·諾伊曼的這個理論稱為馮諾依曼體系結構。從ENIAC到當前最先進的計算機都採用的是馮·諾伊曼體系結構。所以馮·諾伊曼是當之無愧的數字計算機之父
馮氏結構的功能
根據馮·諾伊曼體系結構構成的計算機,必須具有如下功能:
把需要的程式和數據送至計算機中。
必須具有長期記憶程式、數據、中間結果及最終運算結果的能力。
能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力。
能夠根據需要控制程式走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。
能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。
為了完成上述的功能,計算機必須具備五大基本組成部件,包括:
輸入人數據和程式的輸入設備記憶程式和數據的存儲器完成數據加工處理的運算器控制程式執行的控制器輸出處理結果的輸出設備
計算機處理所有的字元或符號也要用二進制編碼來表示。用二進制的優點是容易表示,運算規則簡單,節省設備。人們知道,具有兩種穩定狀態的元件(如電晶體的導通和截止,繼電器的接通和斷開,電脈衝電平的高低等)容易找到,而要找到具有10種穩定狀態的元件來對應十進制的10個數就困難了。