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諾伊曼結構

馮·諾依曼結構,也稱為普林斯頓結構或馮·諾依曼體系結構,是一種計算機設計理念,由美籍匈牙利數學家約翰·馮·諾依曼提出。這一體系結構的核心思想主要包括以下幾點:

計算機的數制採用二進制。指令和數據都採用二進制碼,指令和運算元的地址密切相關。

程式存儲概念。將程式指令存儲在存儲器中,使計算機能夠順序執行程式。

計算機由五個基本部分組成。包括運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。

基於這些原則設計的計算機,通常採用一個中央處理器CPU)和控制存儲器(記憶體),通過匯流排系統進行數據傳輸。這種結構下,指令和數據存儲在同一個存儲器空間中,由同一個匯流排系統傳輸。馮·諾依曼結構的特點包括:

順序執行程式的每一條指令。

能夠接收和輸出數據。

具備長期記憶程式、數據、中間結果及最終結果的能力。

能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等處理能力。

能夠根據需要控製程序的走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。

儘管馮·諾依曼結構在現代計算機中仍然廣泛使用,但它也存在一些限制,例如指令和數據共享同一匯流排的結構可能導致數據流傳輸成為限制計算機性能的瓶頸,影響數據處理速度的提高。為了克服這些限制,出現了其他體系結構,如哈佛結構,它在指令存儲器和數據存儲器之間提供更好的分離,以提高執行效率。儘管如此,馮·諾依曼結構仍然是現代計算機技術的基礎,並對計算機科學的發展產生了深遠的影響。