冯·诺依曼结构

如果一开始就深入到计算机内部的复杂结构中，也许会让人有些迷惘。我们还是用一个轻松愉快的方式来入手。通过一个餐馆的小故事来了解冯诺依曼结构是如何运转的。 冯诺依曼结构的计算机就好比这个餐馆，CPU就是厨房，而主存就是仓库，仓库里的货架就好比主存当中的存储单元，我们为货架的每一格都编上了一个序号，相当于主存当中的地址，货架上存放的物品相当于存储单元当中的内容，主存中会存放着计算机的指令，还有数据，对于这个餐馆来说就是厨师需要执行的任务和做菜所用的原料，那厨房当中承担主要控制任务的就是这位大厨了，它也是控制器，而运算器则是炊具。那我们还需要一些附加的设备。这个厨师记性很不好，他必须要在身边 有一张纸，上面写着下一张任务单的位置，这里这张纸上写了1，厨师就知道我下一张任务单放在仓库的第一格，那么如果把任务单取回来以后还需要放在身边随时的查看所以他还可以有一个放置当天任务单的位置。如果取来了任务单就放在这。那厨师做菜，做完了菜放哪呢，不能直接端着锅冲到仓库去吧。所以他身边操作台上总得放几个盘子，相当于CPU当中我们就称这些盘子为通用寄存器。 用于临时存放计算器的运算结果或者要送到运算器的操作数。我们有可能从主存当中事先会取来一些操作数，当然也需要执行指令去取来一些操作数，先放到通用寄存器当中，那好这个餐馆是如何运转的呢？ 　　我们就让它像计算机的运转一样，计算机运转的核心内容就是执行指令

　　现在的计算机形态各异，但是究其本质，几乎全部采用了冯诺依曼结构，要了解计算机，首先要知道什么是冯诺依曼结构。当然，冯诺依曼结构的内涵是非常丰富的。在这一节，我们先来探究其中的一些要点。 　　要说冯诺依曼结构，我们就要从《EDVAC的报告草案》中说起。在冯诺依曼署名编写的这份报告中详细描述了EDVAC这台计算机的设计方案。从那之后一直到现在，绝大多数计算机都基于这个结构进行设计。这样的结构就被称为冯诺依曼计算机结构，简称冯诺依曼结构。这份报告主要论述了两个重要的思想： 　　第一，控制计算机的程序应该存放在存储器中，而不是有开关连线来实现。开关连线会大大降低计算机的运行效率； 　　第二，计算机应该采用二进制，而不是十进制。十进制的的方式会导致计算机的内部结构变得异常的复杂。 这份报告还明确了计算机的内部结构应该有五个部分组成。包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。我们想要了解这五个部分的含义，不妨先来看一个小例子。让我们跨越到70年代。在1971年，诞生了世界上第一个商业微处理器。Intel4004，它的面积很小。采用了10微米的制造工艺。内部晶体管2250个，主频最高740KHz，字长是4位。那么跟今天相比，它的各项指标都显得非常落后了。现在的微处理器制造工艺已经达到了10纳米这个量级，晶体管数量甚至可以达到数十亿。而主频也提高了几千倍。字长现在常用的是64位或者32位