大学计算机第 讲 冯 诺依曼计算机器 程序执行
冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程
1、简述诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程。
答：诺依曼体系结构计算机的要点：计算机中的信息（程序和数据）以二进制方式表示。
程序预存储，机器自动执行。
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
计算机通过执行预存储在存储器中的程序来完成预定的运算。
程序由计算机的指令序列构成，计算机在处理器的控制下，首先从存储器读取一条待执行的指令到处理器中，接下来分析这条指令，而后发出该指令对应的电平脉码序列，即执行该指令。
并以此递归运行程序。
2、何谓总线？计算机中有哪几类总线？简述其用途。
答：计算机的总线（Bus）就是连接计算机硬件各部件，用于计算机硬件各部件之间信息传输的公共通道。
按照其传送信号的用途属性，总线可细分为：地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）三类。
♦地址总线（A_Bus）：专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送地址信息的信号线。
此类信号线传送的信息总是从CPU到存储器或I/O端口，它是单向信号线。
♦数据总线（D_Bus）：专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送数据信息的信号线。
此类信号线传送的信息可以是从CPU到存储器或I/O端口（“写”操作），也可能是从存储器或I/O端口到CPU（“读”操作），它是双向信号线。
♦控制总线（C_Bus）：专用于CPU与其它部件之间传送控制信息和状态信息的信号线。
此类信号线的构成比较复杂，传送的控制、状态信息可以是从CPU到其它部件，也可能是从其它部件到CPU。
此类总线中的某些具体的线是单向的（或从CPU到其它部件，或反之），但作为总线来说，它是双向信号线。
3、中央处理器CPU是计算机的核心部件，主要功能是解释并执行计算机指令，完成数据处理和对计算机其他各部分进行控制。
存储器是计算机系统中用来存储程序和数据的信息记忆部件。
4、嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
冯诺依曼计算机的工作原理
冯诺依曼计算机的工作原理冯诺依曼计算机的工作原理是基于存储程序的概念，其主要由五个部件组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。
1. 输入设备：用于接收外部信息输入到计算机中，例如键盘和鼠标等。
2. 输出设备：将计算机处理后的结果以可理解的形式输出到外部，例如显示器和打印机等。
3. 存储器：用于存储程序和数据的设备。
计算机的所有程序和数据都被存储在存储器中，包括程序指令、操作数和中间结果等。
4. 运算器：执行计算机中的算术和逻辑运算。
它由算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成。
ALU负责执行各种算术和逻辑运算，而寄存器用于存储运算过程中的中间结果或操作数。
5. 控制器：对计算机进行控制和协调。
它包含指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和指令译码器等。
指令寄存器存储当前正在执行的指令，程序计数器存储下一条要执行的指令的地址，而指令译码器则负责将指令转化为对相应部件的控制信号。
计算机的工作过程如下：1. 从输入设备接收输入数据，并存储在内存中。
2. 控制器从内存中获取下一条要执行的指令（根据程序计数器的值），并将其存储在指令寄存器中。
3. 指令译码器解析指令，将其转化为对应的控制信号，控制运算器和存储器执行相应的操作。
4. 运算器执行指令中的算术和逻辑运算，将结果存储在寄存器中。
5. 控制器更新程序计数器的值，使其指向下一条要执行的指令的地址。
6. 重复步骤2至5，直到程序执行完毕或收到停止信号。
7. 输出设备将最终的计算结果显示或打印出来。
通过这种方式，冯诺依曼计算机能够按照存储的程序顺序执行指令，实现各种算术、逻辑、输入和输出操作，以完成不同的计算任务。
冯氏电脑的原理
冯氏电脑的原理冯氏电脑是一种基于存储程序原理的计算机。
它由约翰·冯·诺伊曼在1945年左右发明，是现代计算机设计的基础。
冯氏电脑中存在两个基本组件：中央处理器（CPU）和内存。
通过将程序存储在内存中，CPU能够按照预定的顺序执行指令，从而完成各种计算任务。
下面我们来详细阐述冯氏电脑的工作原理。
1. 存储程序原理冯氏电脑的显著特点是采用了存储程序原理，即计算机程序和数据存储在同一个存储器中，可以通过地址寻址来访问。
这种架构将计算和存储分离开来，大大提高了计算机的灵活性和效率。
在存储程序原理中，程序指令和数据都被存储在内存中，每个指令都被分配了一个唯一的地址，CPU通过地址对内存进行读写操作。
CPU提取内存中的指令，并按照指令的顺序执行，包括算术逻辑运算、条件分支、循环、输入输出等操作。
执行完一条指令之后，CPU会自动指向下一条指令，直到程序结束。
由于指令和数据都存储在内存中，程序可以动态地修改自身运行过程，这也是冯氏电脑的一大优势。
通过修改内存中的指令，可以实现程序的调试、优化和扩展。
2. CPU和指令执行CPU是计算机的重要组件，控制计算机的各种运算和操作。
在冯氏电脑中，CPU 的工作流程包括指令提取、解码、执行和更新状态寄存器等操作。
CPU通过总线与内存连接，可以直接读取和写入内存中的数据。
在冯氏电脑中，每个指令包含了操作码和操作数。
操作码是指令的类型，用于告诉CPU要执行哪种操作；操作数则是要进行操作的数据。
指令由CPU逐一提取，并按照操作码进行解码，根据指令类型执行对应的操作。
例如，一条指令可以是“将寄存器A中的值加上内存中地址为100的值”，那么CPU会先读取操作码，然后读取两个操作数，即寄存器A和内存地址100中的值。
最后CPU执行加法操作，并将结果存储回寄存器A中。
3. 内存和寄存器内存是指计算机中存储数据和程序的设备，也是冯氏电脑中最关键的组件之一。
在冯氏电脑中，内存被划分为若干个存储单元，每个存储单元都有一个唯一的地址。
冯 诺依曼计算机是什么 什么是冯 诺依曼原理
试论水利工程堤坝加固维修技术建立水利工程可以起到控制大自然的地下水和地表水资源，水资源是人类宝贵的重要资源，但是由于自然环境的不断变化及其它人为因素影响，洪涝灾害等问题不时会发生，只有修建水利工程，对不同时节的水量大小进行调节，才能够达到除害兴利的目的。
但是修建的水利工程堤坝在竣工验收后，在长时间内使用过程中，受到各种因素的影响，其功能发挥的作用在不断减弱，出现各种的缺陷和问题，如不及时进行加固及处理，当汛期出现险情时，将有可能会造成灾难的发生，因此，对于水利工程中堤坝的有效加固维修与处理及管理，对于确保当地的农田灌溉、水利发电、防洪防汛、水资源的保护有着深远的意义。
目前我们虽然投入了大量的人力物力用于水利工程的建设，在防御洪涝灾害上取得了一定的成就。
但是由于投入资金有限，以及自然条件等各种因素的影响，目前的防洪控制和减灾能力以及防洪能力还是比较低下，尚不能够满足社会经济迅速发展的需求，加强水利工程建设仍然是一项长期而且艰巨的任务。
1.水利工程堤坝的加固维修由于投入不足等因素的限制，许多堤防堤坝有个共同特点就是堤坝本身的质量较差，目前许多堤坝是在原有的堤坝的基础上进行治理加固后仍在使用，担负着重任。
由于使用年限已久，病害不断，导致堤坝的质量不好。
堤坝地基的条件选择比较差，堤坝大都是傍河而修建的，以前修建的基础材质大多为沙基，而且绝大部分堤防在基础上基本没有进行处理。
堤坝后水坑、池塘多并且多数没有做处理，或者仅有简单的处理。
1.1 堤防漫溢复堤加固堤坝防洪工程的标准对于堤防要求特别严格，设计好的防洪标准经过专题论证通过后，要通报给上级主管部门审批。
堤防工程的防洪标准有蓄、滞、行洪区，要根据江河流域的规划要求进行专门的确定。
根据洪水的最大期限突出防洪的标准，标出与之相应的是洪峰的流量大小。
不同河段要经过对洪水的洪蜂分析，对洪峰的最高设计流量值等進行计算，测量河段断面图，并分析选用糙率值。
使用平面分析方法，计算得到该河段沿程的设计洪水位值。
冯诺依曼计算机指令按顺序执行
冯诺依曼计算机指令按顺序执行1. 引言在计算机科学领域，冯诺依曼计算机指令按顺序执行是一项基础而重要的原则。
冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理是，计算机按照程序中指令的顺序依次执行，每个指令完成后再执行下一条指令。
这个原则为计算机的运行提供了基本框架，使得计算机能够高效地完成各种任务。
本文将详细探讨冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理、应用和优化方法。
2. 冯诺依曼计算机指令按顺序执行的原理冯诺依曼计算机是由存储器、运算器、控制器和输入输出设备组成的系统。
在这种系统中，存储器用于存储程序和数据，运算器用于进行各种运算操作，控制器负责控制程序的执行和数据传输，输入输出设备负责与外部环境进行数据交互。
在冯诺依曼计算机中，程序被存储在存储器中，并通过控制器逐条取出并送入运算器进行处理。
每条指令都有一个唯一的地址，并且按照地址顺序存储在存储器中。
控制器根据程序计数器中的值来确定下一条要执行的指令的地址，并将指令送入运算器执行。
执行完一条指令后，程序计数器自动加1，指向下一条要执行的指令地址，然后控制器再次将该指令送入运算器执行。
这样，计算机就能够按照程序中指令的顺序依次执行，完成各种任务。
3. 冯诺依曼计算机指令按顺序执行的应用冯诺依曼计算机指令按顺序执行在各个领域都有广泛应用。
例如，在科学研究领域，冯诺依曼计算机被用于模拟和解决各种科学问题。
科学家们可以通过编写相应的程序，在计算机上模拟自然界中复杂的现象和物理实验，并通过观察和分析模拟结果来推断现象背后的规律。
在工程领域，冯诺依曼计算机被广泛应用于设计和优化各种工程系统。
例如，在航空航天工程中，工程师们可以使用计算机来模拟飞行过程，并根据模拟结果对飞行控制系统进行优化。
在电子电路设计中，计算机可以帮助工程师们进行电路仿真和优化，提高电路的性能和可靠性。
在商业领域，冯诺依曼计算机被广泛应用于数据处理和管理。
例如，在银行业中，计算机可以帮助银行处理大量的交易数据，并自动进行账务处理和风险控制。
简述冯·诺依曼计算机的结构与运行方式
冯·诺依曼计算机是指由美国计算机科学家冯·诺依曼于20世纪40年代提出的一种计算机结构与运行方式。
它是现代计算机的基础，对计算机技术的发展产生了深远的影响。
下面将从计算机结构和运行方式两个方面进行简要介绍。
一、冯·诺依曼计算机的结构1. 存储器冯·诺依曼计算机的存储器是其中最重要的部分，它由两部分组成，即数据存储器和程序存储器。
数据存储器用于存储数据，而程序存储器用于存储计算机的指令。
2. 控制器冯·诺依曼计算机的控制器负责控制计算机的操作，它根据程序存储器中的指令来执行各种操作，包括将指令送入运算器、将数据从存储器读出或写入、控制输入输出设备等。
3. 运算器冯·诺依曼计算机的运算器负责对数据进行各种运算操作，包括加减乘除、逻辑运算等。
它是计算机进行算术运算和逻辑运算的核心部分。
4. 输入输出设备冯·诺依曼计算机还包括各种输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于实现计算机与用户之间的交互和数据的输入输出。
二、冯·诺依曼计算机的运行方式1. 指令周期冯·诺依曼计算机的运行方式是按照指令周期来进行的。
指令周期是计算机执行一条指令所需的时间，它包括取指令、译码、执行、访存和写回等阶段。
2. 指令执行流程冯·诺依曼计算机执行指令的一般流程是这样的：首先从程序存储器中取出一条指令，然后交给控制器进行译码，控制器根据译码结果控制运算器进行相应的操作，最后将运算结果写回存储器或输出到输出设备中。
3. 数据流冯·诺依曼计算机的数据流指的是数据在存储器、运算器和输入输出设备之间的流动。
数据流向是单向的，即数据从存储器流向运算器进行运算，然后再流回存储器或输出到输出设备中。
4. 并行处理冯·诺依曼计算机的并行处理能力有限，它一次只能执行一条指令，无法同时执行多条指令，这限制了它在某些计算密集型应用中的性能表现。
简述冯.诺依曼型计算机存储程序
简述冯.诺依曼型计算机存储程序冯·诺依曼型计算机存储程序是一种广泛应用的计算机结构，它将指令和数据一样存储在内存中，使得计算机能够按照程序指令来执行任务。
本文将从简述冯·诺依曼型计算机的基本原理和结构开始，逐步深入探讨其在现代计算机中的应用，以及对未来计算机发展的影响。
一、基本原理和结构冯·诺依曼型计算机以数学家冯·诺依曼的名字命名，其基本原理包括指令和数据的存储器统一、存储程序概念、按位置区域访问存储器和顺序执行指令等。
其基本结构包括中央处理器、存储器、输入输出设备和数据通路等部分。
这种结构的计算机在执行程序时，可以将指令和数据存储在同一个存储器中，并根据程序计数器依次执行指令，从而实现程序的顺序执行。
二、在现代计算机中的应用冯·诺依曼型计算机结构已经成为现代计算机的主流结构，几乎所有的个人电脑、服务器和移动设备都采用了这种结构。
在这种结构下，计算机可以通过读取存储器中的指令来执行各种任务，而这些指令可以根据程序员的需求进行改变和优化，从而实现不同的功能和应用。
三、对未来计算机发展的影响冯·诺依曼型计算机结构在过去几十年中一直是计算机发展的主流方向，但随着计算机应用需求的不断增加和技术的不断进步，人们也在探索更加先进和高效的计算机结构。
其中，量子计算机和神经网络计算机等新型计算机结构正在逐渐崭露头角，它们可能会对冯·诺依曼型计算机产生深远影响，从而推动计算机技术的发展走向新的高度。
个人观点与理解冯·诺依曼型计算机存储程序作为一种经典的计算机结构，其在计算机领域的影响不言而喻。
然而，随着计算机技术的不断发展，我们也应该不断地探索新的计算机结构和技术，以应对不断增长的计算需求和解决新的挑战。
我相信，冯·诺依曼型计算机结构将会在未来计算机技术的发展中继续发挥重要作用，同时也期待着看到更多新型计算机结构的出现和应用。
第4章-冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行
第4章冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行1、关于“图灵机”，下列说法不正确的是_____。
(A)图灵机给出的是计算机的理论模型；(B)图灵机的状态转移函数<q, X, Y, R(或L或N), p>，其实就是一条指令，即在q状态下，当输入为X时，输出为Y，读写头向右(R)、向左(L)移动一格或不动(N)，状态变为p；(C)图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路；(D)凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题人和算法也解决不了；(E)上述有不正确的。
2、关于“图灵机”和“计算”，下列说法不正确的是_____。
(A)计算就是对一条两端可无限延长的纸带上的一串0和1，一步一步地执行指令，经过有限步骤后得到的一个满足预先规定的符号串的变换过程；(B)“数据”可被制成一串0和1的纸带送入机器中进行自动处理，被称为数据纸带；处理数据的“指令”也可被制作成一串0和1的纸带送入机器中，被称为程序纸带；机器一方面阅读程序纸带上的指令，并按照该指令对数据纸带上的数据进行变换处理。
(C)计算机器可以这样来制造：读取程序纸带上的指令，并按照该指令对数据纸带上的数据做相应的变换，这就是图灵机的基本思想；(D)上述有不正确的。
3、下图为用状态转换图示意的一个图灵机，其字母集合为{0,1,X,Y,B}，其中B为空白字符；状态集合{S1，S2，S3，S4，S5}，其中S1为起始状态，S5为终止状态；箭头表示状态转换，其上标注的如<in, out, direction>表示输入是in时，输出out，向direction方向移动一格，同时将状态按箭头方向实现转换，其中in,out均是字母集中的符号，direction可以为R(向右移动)、L(向左移动)、N(停留在原处)。
该图灵机的功能是_____。
(A)识别是否如0101，01010101的0、1串，即一个0接续一个1，且0的个数和1的个数相同；(B)识别是否如000111，00001111的0、1串，即左侧连续0的个数和右侧连续1的个数相同的0、1串；(C)将形如0101，01010101的0、1串，即一个0接续一个1，且0的个数和1的个数相同，转换为XYXY， XYXYXYXY的形式；(D)将形如000111，00001111的0、1串，即左侧连续0的个数和右侧连续1的个数相同的0、1串转换为XXXYYY， XXXXYYYY的形式。
第4讲-大学计算机第4讲-冯-诺依曼计算机器-程序执行
心部件。
总线
现代计算机里面，一个微处理器(芯片)可能包含多个CPU，即多核.
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (6)小结 程序
程序与数 据的保存
数据
程序执行与 数据计算
(主或内) 存储器
中央处理单元
CPU
运算器 控制器
自动存取：存储器的工作原理
自动存取：存储器的工作原理 (1)什么是存储器?
用来在计算机中存储CPU可直接访问的数据 主存储器的工作速度和容量对计算机系统整体性能 影响极大 主存储器容量基本计量单位为字节（Byte）
控制器
时钟与节 拍发生器
内容 00000000 00000011 PC
00000000 00000001 00000000
信号控制
IR
00000000 00001000
000001
000001 0000001000
地址
存储器
运算器
机器级程序的执行过程模拟 (4)第2条指令的读取
寄存器 R1 R0 --(随机的数值) 00000000 00000011 --(随机的数值) --(随机的数值)
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (1)什么是冯.诺依曼计算机?
1944~1945年间，冯.诺伊曼提出 “存储程序”的计算机设计思想，
并进行了实践，现代计算机普遍来
讲属于冯.诺伊曼机体系。 冯.诺伊曼机的基本思想：
运算和存储分离
存储程序：指令和数据以同等地位事先存于存储器, 可按地址寻访, 连 续自动执行。
机器指令与机器级程序 (5)将机器级程序和数据装载进存储器中?
存储器
计算832+23+6的程序; 计算ax2+bx+c的程序。
冯诺依曼结构计算机组成及工作原理
一、概述冯·诺伊曼结构是现代计算机的基础架构，它包括了计算机的几个核心部分，如中央处理器、存储器、输入输出设备等。
本文将对冯·诺伊曼结构的计算机组成及其工作原理进行深入探讨。
二、冯·诺伊曼结构的基本原理1. 计算机的基本组成冯·诺伊曼结构的计算机由四个基本部分组成：中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入设备和输出设备。
其中，中央处理器负责执行计算机程序，存储器用于存储数据和指令，输入设备用于接收外部输入，输出设备用于输出计算结果。
2. 冯·诺伊曼结构的特点冯·诺伊曼结构的计算机具有指令和数据存储在同一存储器的特点，程序和数据是以相同的方式存储和访问的。
这种结构的一个重要特点是程序可以被视为数据处理。
三、冯·诺伊曼结构的工作原理1. 指令的执行过程冯·诺伊曼结构的计算机执行指令的过程可以简单描述为：指令从存储器中读取到中央处理器的指令寄存器，然后在中央处理器中执行，执行完毕后将结果写回到存储器中。
2. 数据的处理过程数据在冯·诺伊曼结构的计算机中也是以类似的方式进行处理的，即从存储器中读取数据到中央处理器的数据寄存器中进行处理，处理完毕后再将结果写回到存储器中。
四、冯·诺伊曼结构的优缺点1. 优点冯·诺伊曼结构的计算机具有结构清晰、指令执行效率高、易于扩展等优点。
2. 缺点冯·诺伊曼结构的计算机在处理大规模并行计算和处理大量数据时效率较低。
五、冯·诺伊曼结构的应用领域1. 科学计算冯·诺伊曼结构的计算机在科学计算领域有着广泛的应用，可以用于模拟物理现象、解决数学问题等。
2. 商业应用冯·诺伊曼结构的计算机在商业领域也有着广泛的应用，如数据处理、信息管理等。
六、结语通过本文对冯·诺伊曼结构计算机组成及工作原理的深入探讨，我们可以更好地理解现代计算机的基本原理和工作方式，同时也可以更好地应用计算机技术于各个领域。
计算机组成原理冯诺依曼体系结构
计算机组成原理冯诺依曼体系结构计算机组成原理是计算机科学的核心课程之一，它涉及计算机的硬件和软件组成部分以及它们之间的相互连接和工作方式。
冯诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础，它是一种将数据和指令存储在同一存储器中的设计思想。
本文将针对计算机组成原理冯诺依曼体系结构进行详细介绍。
一、冯诺依曼体系结构的概念与特点冯诺依曼体系结构是由冯·诺伊曼于1945年提出的，它的主要特点有以下几个方面：1. 存储程序：冯诺依曼体系结构中，计算机的指令和数据都存储在同一块存储器中，它们没有区别对待。
这种存储程序的特性使得计算机可以按照指令顺序执行程序。
2. 指令执行周期：冯诺依曼体系结构的计算机按照指令的执行顺序进行操作。
每条指令的执行需要经过若干个时钟周期，包括取指令、解码、执行和存储结果等步骤。
3. 存储器与运算器的分离：冯诺依曼体系结构中，存储器和运算器是分离的，它们通过数据总线和控制总线进行通信。
这种结构使得计算机的存储器和运算器可以独立地进行工作。
二、计算机组成原理中的主要组成部分计算机组成原理主要包括以下几个组成部分：1. 运算器：运算器是计算机的核心部分，它包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器等。
ALU负责进行基本的算术和逻辑运算，寄存器用于存储临时数据和结果。
2. 控制器：控制器负责指挥计算机的各个组成部分协同工作，它包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器等。
控制器从存储器中取指令，并根据指令的内容发出相应的控制信号。
3. 存储器：存储器用于存储计算机的指令和数据，它可以分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器是计算机中的主要存储器，它采用随机访问方式，速度较快；辅助存储器用于存储大量的数据和程序，它的容量比主存储器大，但速度较慢。
4. 输入输出设备：输入输出设备用于计算机与外部环境之间的信息交换，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备将外部信息传输给计算机，输出设备将计算机处理的结果显示或输出。
冯诺依曼计算机的基本原理是
冯诺依曼计算机的基本原理是
冯诺依曼计算机是一种基于存储程序原理的计算机结构。
其基本原理可以概括为以下几点：
1. 存储程序：冯诺依曼计算机将程序和数据存储在同一存储器中，程序可以按照一定的顺序被取出并执行。
这种存储程序的架构消除了早期计算机需要重新连线来改变程序的缺陷，使得计算机能够灵活地执行不同的任务。
2. 二进制系统：冯诺依曼计算机采用二进制数表示数据和指令，在计算机中使用的基本元素如存储单元、寄存器等都由多个二进制位组成。
二进制系统的使用简化了计算机设计和运算的过程。
3. 指令执行周期：冯诺依曼计算机通过一个指令执行周期来完成指令的取指、译码、执行和访存等操作。
每个指令按照顺序执行，计算机能够根据指令类型和操作码来识别并执行不同的操作。
4. 存储器层次结构：冯诺依曼计算机根据存储器的访问速度和容量，将存储器分为多个层次。
这些层次包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器。
不同层次的存储器按照速度和容量递减的方式连接，能够满足不同级别的存储需求。
5. 控制单元和算术逻辑单元：冯诺依曼计算机的核心是控制单元和算术逻辑单元(ALU)。
控制单元负责指令的解码和执行，
控制整个计算机的操作。
而ALU负责进行各种算术和逻辑运
算。
冯诺依曼计算机的基本原理奠定了现代计算机的基础，其思想被广泛应用于各种计算机体系结构的设计中。
对冯诺依曼存储程序和程序控制原理的理解
对冯诺依曼存储程序和程序控制原理的理解冯诺依曼存储程序和程序控制原理的理解一、引言在计算机科学领域中，冯诺依曼存储程序和程序控制原理是一项重要的概念。
它是现代计算机设计的基础，影响着整个计算机系统的运作。
本文将深入探讨这一原理，分析其深度和广度，并提供个人观点和理解。
二、冯诺依曼存储程序和程序控制原理的基本概念1. 冯诺依曼存储程序的概念冯诺依曼存储程序指的是计算机内部的存储器中既存放数据，又存放指令的能力。
也就是说，计算机可以根据存储在存储器中的程序按顺序执行指令，从而完成一系列的操作。
这种存储程序的设计，极大地提高了计算机的灵活性和通用性。
2. 程序控制原理的概念程序控制原理是指计算机按照存储程序的顺序执行指令，从而完成一定的操作。
通过程序计数器和指令寄存器的协作，计算机可以按照程序中的逻辑顺序进行控制，实现不同的运算和处理。
以上是对冯诺依曼存储程序和程序控制原理的基本概念，下面我们将进一步探讨这一原理的运作机制和应用。
三、冯诺依曼存储程序和程序控制原理的运作机制1. 存储程序的作用冯诺依曼存储程序的最大作用在于，它使得计算机可以根据不同的程序完成不同的任务。
存储器中存放的程序可以被多次执行，而不需要重新设计硬件，这大大提高了计算机的应用范围和灵活性。
2. 程序控制原理的实现程序控制原理是通过程序计数器和指令寄存器来实现的。
程序计数器用于存储当前正在执行的指令的位置区域，指令寄存器用于存放当前正在执行的指令。
通过不断更新程序计数器的数值，计算机可以按照程序的顺序执行不同的指令，从而实现程序控制。
冯诺依曼存储程序和程序控制原理是计算机运作的基本原理，它的应用范围非常广泛，为计算机科学的发展做出了巨大贡献。
四、个人观点和理解个人认为，冯诺依曼存储程序和程序控制原理的提出，对计算机科学领域产生了深远的影响。
它使得计算机能够更加智能地执行各种任务，加速了科学研究和工程制造的进程。
在今后的发展中，我相信这一原理会继续发挥着重要作用。
冯.诺依曼计算机-机器级程序及其执行
CPU、主存储器、I/O设备及总线成为现代计算机的四大核心部件。
总线
现代计算机里面，一个微处理器(芯片)可能包含多个CPU，即多核.
冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行 2.2.3 自动存取：存储器的工作原理
17/38
自动存取：存储器的工作原理
----存储器的自动读写
什么是存储器?
18/38
存储器的基本结构
图灵机是什么?
8/38
图灵机模型
基本的图灵机模型为一个七元组,如右图示意 几点结论: (1) 图灵机是一种思想模型，它由一个控制器(有
限状态转换器)，一条可无限延伸的带子和一个在
带子上左右移动的读写头构成。 (2) 程序是五元组<q,X,Y,R(或L或N),p>形式
的指令集。其定义了机器在一个特定状态q下从方
问：怎么看待算法节省的步数? ---算法需要“优化”
机器指令是怎样的?
25/38
机器指令
机器指令是CPU可以直接分析并执 行的指令，一般由0和1的编码表示。 指令 操作码 + 地址码；
机器语言
000001 0000000100
000001 0000001100 000001 0000001000
31/38
机器级程序的执行过程模拟
----程序的硬件执行过程
一条指令是怎样被执行的?
32/38
一条指令的执行
第1条指令在一个机 器周期内完成。其中 读取①②和执行③④ 分别在T0、T1和T2、T3 节拍内完成。(示意)
一条指令是怎样被执行的?
33/38
一条指令的执行
第1条指令在一个机 器周期内完成。其中 读取①②和执行③④ 分别在T0、T1和T2、T3 节拍内完成。(示意)
简述冯·诺依曼计算机的基本思想。
简述冯·诺依曼计算机的基本思想。
冯·诺依曼的计算机理论的基本思想是“存储程序，程序控制”。
简单来说就是，先把要解决的问题表达成计算机能够接受的形式（如加法、减法、乘法、除法、乘方和开方等），然后按照这种形式由计算机去执行（计算机只有一个CPU，没有内存）。
这样做的好处是能够使计算机快速高效地工作，不用考虑计算机软件与硬件如何配合才能完成运算任务。
这一点也许很多人都忽略了，所以我们今天大部分人对冯·诺依曼还不是十分了解。
他还把存储程序的概念用在了计算机上，这对后来的计算机体系结构的设计也有重要影响。
计算机的性能主要取决于它的运算速度，而运算速度又决定于程序的长短和数据的多少。
所谓程序，就是指能够存放在存储器里并可以反复执行的指令，通常又叫机器语言。
存储程序就是把一个程序放在存储器里。
有了程序，计算机就会自动按照程序一步一步地工作。
这样看来，计算机工作的好坏完全掌握在人类的手中。
如果要改变程序，只需改变一下存储程序就可以了，这比修改或增加一个新的CPU要方便得多。
其实，不仅存储程序方式，而且其它许多计算机技术，如定时技术、中断技术等，也都源于此。
冯·诺依曼当时对存储程序技术做出了杰出贡献，他和戈德斯坦在世界上第一次用电子电路制造出了通用电子数字计算机，这就是1946年世界上第一台电子计算机“ ENIAC”的原型。
这样，大量的程序就可以通过存储器存入和读出，再经计算机操纵控制，就可以完成信息的输入与输出。
计算机的性能也就越来越高。
可是随着计算机应用范围的扩大，对计算机的性能要求越来越高，这就促使冯·诺依曼进一步研究存储程序方式的程序控制，以及通用电子数字计算机的结构问题。
早在二十年代初，冯·诺依曼就在他的博士论文中提出了存储程序方式的计算机。
因此，冯·诺依曼被称为“计算机之父”。
计算机的发展经历了三个阶段：第一代计算机是电子管计算机；第二代计算机是晶体管计算机；第三代计算机是以大规模集成电路为基础的微型计算机。
l冯·诺依曼体系结构程序存储和程序控制
第一章●冯·诺依曼体系结构：程序存储和程序控制●第一台计算机----1946，美国，ENIAC，主要器件：电子管●发展阶段----按电子器件分：第一代电子管：采用机器语言时期，以科学计算为主第二代晶体管：采用汇编语言时期，开始出现高级语言第三代中小规模集成电路：系统软件和应用软件开始得到发展第四代大规模和超大规模集成电路：1971年-今●发展趋势----巨型化，微型化，网络化，智能化●计算机的特点----①运算速度快；②计算精度高；③存储容量大；④具有逻辑判断能力；⑤具有自动运行能力，通用性强；●主要应用----科学计算，数据处理，过程控制，辅助系统，计算机网络科学计算是第一台计算机的主要用途数据处理是当前计算机的主要用途CAI CAM CAE CAD CBE●微机性能指标----字长：同时处理和传输二进制数的宽度运算速度：以MIPS表示主频：时钟频率单位Hz或MHz GHz及内存容量，外设，软件e.g. P4/2.4G/256M/80G/64M/COMBO/17’LCD对应为：CPU型号/主频/内存/硬盘/显示存/光驱/显示器CD-ROM DVD-ROM CD-RW CRT●微机系统----硬件系统：主机：CPU：控制器、运算器内(主)存：ROM、RAM（通常内存容量指的是RAM容量。
SRAM、DRAM）外设：外(辅)存：磁带、磁盘、光盘等（既是输入又是输出设备）输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、数码相机、数字化仪、数码摄像机等输出设备：显示器、打印机、绘图仪等外围设备：Modem：实现模/数和数/模转换；调制：数->模按功能分计算机系统的五大部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备三个总线：地址AB、数据DB、控制CB软件系统：系统软件：操作系统DOS（单用户单任务）、WINDOWS（单机版为单用户多任务，网络版为多用户多任务）网络服务、数据库系统、程序设计语言、语言处理程序等应用软件：OFFICE、网络蚂蚁、WinRar、瑞星杀毒等专用软件软件：程序和文档的集合程序：指令的集合文件：磁盘上相关信息的集合●硬件和软件的关系----①硬件是有形物体；②软件是构成计算机系统的各种程序的集合；③两者结合构成计算机系统，独立存在无意义，一定条件下可以互相转换●程序语言----机器语言：采用二进制，能直接运行指令：包括操作码和地址码(操作数)汇编语言：用助记符表示指令用汇编程序汇编后才能运行高级语言：接近于自然语言和数学语言不能直接运行。
冯诺依曼原理的三个主要内容
冯诺依曼原理的三个主要内容
冯诺依曼原理的三个主要内容是：
1、采用二进制逻辑：计算机内部的数据和指令都采用二进制表示。
这是因为二进制数的表
示方式非常适合计算机内部的电路和逻辑运算。
2、程序存储执行：计算机的程序被存储在内存中，计算机按照程序中的指令顺序执行。
这
种方式实现了程序的自动执行，大大提高了计算机的运算效率。
3、计算机由五个部分组成：根据冯诺依曼结构，计算机由运算器、控制器、存储器、输入
设备和输出设备五个部分组成。
这五个部分相互协作，完成计算机的各项功能。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询计算机领域的专业人员。
冯诺依曼计算机的工作原理
冯诺依曼计算机的工作原理
嘿！今天咱们来好好聊聊冯诺依曼计算机的工作原理呀！
哎呀呀，你知道吗？冯诺依曼计算机这玩意儿可太重要啦！它的工作原理那叫一个精妙呢！
首先呢，它有个存储程序的概念哇！这意味着啥？意味着程序和数据都能存放在存储器里呀！哇塞，这可太方便啦！想象一下，如果没有这个，那得多乱套呀？
然后呢，计算机按照顺序一条一条地执行指令哟！嘿，这就像我们按计划做事一样，一步一步，有条不紊呢！可别小看这按顺序执行，这让计算机的工作变得有规律可循，多厉害呀！
再说说它的运算器和控制器吧！运算器负责进行各种计算，像加减乘除啥的。
控制器呢，则指挥着整个计算机的工作，就像乐队的指挥一样，牛不牛？
还有那输入和输出设备，输入设备把外界的信息传送给计算机，输出设备把计算机处理好的结果展示给我们。
哎呀呀，这一进一出，让我们和计算机有了交流，多神奇呢！
你想想，如果没有冯诺依曼计算机的工作原理，我们现在的生活得变成啥样呀？还能这么方便地用电脑、玩手机吗？肯定不行哇！
冯诺依曼计算机的工作原理为现代计算机的发展奠定了坚实的基础呀！它让计算机变得越来越强大，越来越智能！哇，未来的计算机又会发展成什么样呢？真让人期待呀！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
战德臣 教授
按计算规则(程序) 对输入进行变换 得到输出
输入/输出都是0 和1的形式表达
程序和指令也是 0和1的形式表达
程序可用状态 转换图来表达
冯.诺依曼计算机: 思想与构成
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
以运算器为中心的冯.诺依曼计算机构成图
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (3)存储器为中心与运算器为中心相比的优点在哪里?
图灵机模型示例。 (注:(q,X,Y,R(或L或N),p), 状态图中
圆圈内的是状态，箭线上的是<X,Y,R>, 其含义见前页)
S1：开始状态 S2：右移状态 S3：左移状态 S4：停机状态
(S1,0,0,R,S1) (S1,1,1,R,S2) (S2,1,1,R,S2) (S2,0,1,L,S3) (S3,1,1,L,S3) (S3,0,0,N,S4)
0110101
程 序
…10001110110
输入
通用机器
由“程序”控制，
一步步将输入 10001…
“转换”为输出
输出
0110101
图灵机的思想与模型简介 (2)图灵认为什么是计算?
战德臣 教授
图灵机的思想
是关于数据、指令、程序及程序/指令自动执行的基本思想。 输入被制成一串0和1的纸带，送入机器中----数据。如00010000100011… 机器可对输入纸带执行的基本动作包括：“翻转0为1”，或 “翻转1为0”, “前移一位”, “停
0,0,R 1,1,R
S1
0,0,N S4
1,1,R S2
0,1,L 1,1,L
S3
控制器
你能否用另一个输入模拟 一下这个程序的执行呢?
001111000 001100011
功能：将一串连续1的后面再加一位1
(S1,0,0,R,S1)
战德臣 教授
001111000
(S1,1,1,R,S2)
001111000
(S2,1,1,R,S2)
执
001111000
行 过
程
(S2,0,1,L,S3)
001111000 (S3,1,1,L,S3)
001111100
(S3,0,0,N,S4) 001111100
图灵机的思想与模型简介 (3)图灵机是什么?
战德臣 教授
几点结论(续):
(3)图灵机模型被认为是计算机的基本理论模型
----计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种离散的、有
穷的、构造性的问题求解思路，一个问题的求解可以通过构造其图灵机(即程 序)来解决。 (4)图灵认为：凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决; 凡是 图灵机解决不了的问题任何算法也解决不了----图灵可计算性问题。图灵机的思想与模型简介 Nhomakorabea(4)小结?
机器能够读取程序，按程序中的指令顺序读取指令，
读一条指令执行一条指令。由此实现自动计算。
图灵机的思想与模型简介 (3)图灵机是什么?
图灵机模型
基本的图灵机模型为一个七元组,如右图
几点结论: (1) 图灵机是一种思想模型，它由一个控制 器(有限状态转换器)，一条可无限延伸的带 子和一个在带子上左右移动的读写头构成。
(2) 程序是五元组<q,X,Y,R(或L或N),p> 形式的指令集。其定义了机器在一个特定
状态q下从方格中读入一个特定字符X时所采 取的动作为在该方格中写入符号Y, 然后向右 移一格R (或向左移一格L或不移动N), 同时 将机器状态设为p供下一条指令使用。
战德臣 教授
图灵机的思想与模型简介 (3)图灵机是什么?
计算机界于1966年设立了最高荣誉奖：ACM图灵 奖。
你能查阅一下哪些人获得图灵奖了吗？ 因为什么贡献而获奖呢？
战德臣 教授
图灵机的思想与模型简介 (2)图灵认为什么是计算?
战德臣 教授
什么是计算
所谓计算就是计算者(人或机器)对一条两端可无限延长的纸带 上的一串0或1，执行指令一步一步地改变纸带上的0或1，经过 有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程。
止”。
对基本动作的控制----指令，机器是按照指令的控制选择执行哪一个动作，指令也可以
用0和1来表示：01表示“翻转0为1”(当输入为1时不变)，10表示“翻转1为0”(当输入0时不变), 11表示“前移一位”, 00表示“停止”。
输入如何变为输出的控制可以用指令编写一个程序来完成, 如: 011110110111011100…
运算和存储分离 存储程序：指令和数据以同等地位事先存于存储器, 可按地址寻访, 连续自动执行。 五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 指令和数据用二进制表示，指令由操作码和地址码组成
以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (2)冯.诺依曼计算机的结构是怎样的? 部件有哪些? 部件的关系怎样? 战德臣 教授
图灵机的思想与模型简介
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
Harbin Institute of Technology
冯.诺依曼计算机: 思想与构成 (1)什么是冯.诺依曼计算机?
冯.诺依曼(Von.Neumann)计算机
战德臣 教授
1944~1945年间，冯.诺伊曼提出 “存储程序”的计算机设计思想， 并进行了实践，现代计算机普遍来 讲属于冯.诺伊曼机体系。 冯.诺伊曼机的基本思想：
图灵机的思想与模型简介 (1)图灵是谁?
图灵及其贡献 图灵(Alan Turing, 1912~1954)，出生于英国伦敦，
19 岁入剑桥皇家学院，22 岁当选为皇家学会会员。 1937 年，发表了论文《论可计算数及其在判定问题
中的应用》，提出了图灵机模型，后来，冯·诺依曼
根据这个模型设计出历史上第一台电子计算机。 1950 年，发表了划时代的文章：《机器能思考 吗?》,成为了人工智能的开山之作。