计算机冯诺依曼体系结构

本文主要是介绍计算机冯诺依曼体系结构，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

前言
一、冯诺依曼体系结构构成
二、各硬件单元之间效率

前言

冯诺依曼体系结构是构成计算机的基本单元，是一个计算机架构，对于计算机来说冯诺依曼体系是基于计算机硬件的一套体系结构，现在的计算机都是遵循冯诺依曼体系结构建立设计的，冯诺依曼体系结构总的来说由五大硬件组成：输入设备、存储器、输出设备、运算器、控制器这些硬件之间原是相互独立的，各自有对应的功能，而为了使这些相互独立的硬件能够完成交互，需要用一根根线路将它们连接起来有些是我们人眼可以看见的(暴露在外边的，但是有些是内部的，无法让我们直接看见)这样使其成为了一个体系结构。使各个硬件之间达成协同能力！

一、冯诺依曼体系结构构成

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有一个个硬件单元组成，而这些硬件单元有什么作用？
输入设备：例如键盘，话筒文件，网卡…等等，它是可以将我们人的语言也就是字符串信息转化为二进制信息让计算机能够识别，因为计算机只认识01组成的二进制机器码，那些字符串信息是完全认识不了的。
输出设备：例如显示器，文件，喇叭，网卡等等，这个作用恰好与输入设备相反，它可以将计算机的01机器码计算后转换为我们人可以识别的字符串信息。
输入设备和输出设备统称为外设
存储器：这里的存储器就只单单指内存，它处于冯诺依曼体系中的核心位置，能存储的不仅仅只有内存还有磁盘但是在这个体系中存储器指的是内存，磁盘是设备，它是属于外设，内存可以接收来自输入设备中的数据，然后将数据保存。待到合适的时机将数据放入cpu中运算，在接受来自cpu计算完成的数据并保存下来，待从cpu中读取数据完毕会将数据写到输出设备，它是处于核心的位置。
运算器：运算器对输入的数据进行计算任务（算数运算，逻辑运算），例如一个程序中的代码和数据都是由运算器运算。
控制器：它对于数据的读取进行控制，那个时机有控制器来把握，什么时候从内存中读取数据，什么时候将数据写到内存中都有它控制.那么这些硬件又由谁来控制？在计算机中软硬件由操作系统进行控制与管理。
其中运算器和控制器组成中央处理器(CPU)。
而这五大单元交互需要用线连接实现协同功能，其中cpu和存储器交互的总线为系统总线，然后其余的硬件之间的交互都为IO总线，各个设备之间存在连线，这样用线连接成为一个体系结构实现信息流动，让各个模块之间协作这就是冯诺依曼体系结构。

二、各硬件单元之间效率

冯诺依曼数据流动
数据->输入设备->内存->cpu->内存->输出设备->
为什么数据流向是这样，为什么要有内存，直接让外设与CPU交互岂不是更好，这么说吧对于各个硬件单元来说，外设和其他硬件之间效率存在很大的区别，尤其是外设与cpu简直是一个天上一个地下的区别，而若是CPU直接从输入设备拿数据，它要等待数据就绪要等很久而他将数据进行运算只需一瞬间就能完成，这样它将数据给输出设备又要等待输出设别就绪才可以给它这样太慢了每次都需要等待，如此计算机的运行效率就变成了外设他的效率了，整个计算机的效率会十分的低下运行卡顿，因此会存在内存，输入设备将数据交给内存，又内存保存，待到cpu合适的时机会从内存中拿取数据，大大提高了效率。内存它的效率介于外设和cpu之间，是肯定达不到cpu那样的程度，但是对比外设来说又已经是天花板级别的了，内存相当于一个中间人来调节拉扯两者之间的效率差，计算机的运行效率也就是内存的存储效率。在计算机内，对于存储是分了级的，存在存储金字塔
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cpu存储效率最高但是它的存储容量特别的少，寄存器只有几十个左右，他的价格也十分昂贵，其次就是内存处于中间的位置，容量也还是可以，价格也处于适中，最下层就是硬盘了，它的效率就是很慢了，但是容量很大，而且价格也是十分的合理，很多公司用大量的固态硬盘也是因为他价格能接受便宜。从存储金字塔中可以发现离cpu越远速度越来越慢，价格越来越低，但是容量越来越大，可以说硬盘也是有他的优点的，他能存储很多的东西。
在写一个程序时总是会听到先将代码加载到内存中，其实是先将一部分代码预先加载到内存中然后此时cpu已经可以从内存中读取数据进行计算，当真正将程序加载到内存中时也就可以边加载数据到内存然后cpu一边进行着运算，感觉数据加载与运算是串行的，其实他们之间是并行的这样对于效率来说不会很慢，提升了效率的，cpu先模拟运算一遍当数据真正加载时就会很快的将运算结果交还给内存，然后作为结果输出，这样并不是想象中的数据多次拷贝串行影响效率而是并行进行的。这些硬件工作是由操作系统进行控制完成的。一个程序要运行要先加载到内存这是为什么，因为cpu和内存交互提高效率，更是因为冯诺依曼体系结构决定，而软硬件都是要遵循冯诺依曼体系结构，而对于计算机的运行效率来说就是内存的存储效率！