微機(jī)原理及應(yīng)用第二章認(rèn)識(shí)微機(jī)系統(tǒng)第六講馮諾伊曼計(jì)算機(jī)下面我們來(lái)學(xué)習(xí)馮諾依曼計(jì)算機(jī)馮諾依曼計(jì)算機(jī)馮諾伊曼計(jì)算機(jī)這是馮諾依曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備它是由著名的應(yīng)用數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出的通用電子計(jì)算機(jī)方案提出通用電子計(jì)算機(jī)方案馮諾依曼應(yīng)用數(shù)學(xué)家馮諾依曼計(jì)算機(jī)在這個(gè)方案中規(guī)定了機(jī)器的五個(gè)組成部分。分別是運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，這張圖說(shuō)明了這五個(gè)功能之間的相互關(guān)系，也就是運(yùn)算器是核心，機(jī)器的運(yùn)行是受運(yùn)算器調(diào)度和控制的運(yùn)算器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備五個(gè)組成調(diào)度控制馮諾依曼計(jì)算機(jī)與早期的計(jì)算機(jī)相比有兩大改進(jìn)，馮諾依曼計(jì)算機(jī)早期計(jì)算機(jī)兩大改進(jìn)一個(gè)是他采用了二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制，第二個(gè)是他提出了存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)思想，就是用基于數(shù)據(jù)的同一裝置存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算的命令，使程序的執(zhí)行可以自動(dòng)的從一條進(jìn)入下一跳，這些改進(jìn)沿用至今，可見(jiàn)馮諾依曼思想的先進(jìn)性馮諾依曼計(jì)算機(jī)早期計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制，不是十進(jìn)制提出存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)思想基于數(shù)據(jù)的同一裝置存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算的命令，使程序的執(zhí)行自動(dòng)從一條進(jìn)入下一跳。下面我們來(lái)看一下馮諾伊曼計(jì)算機(jī)的計(jì)算流程。第一步是將指令地址付給程序計(jì)數(shù)器PC。第二步是把PC的內(nèi)容送到地址寄存器AR中，并將PC自動(dòng)加一，指向下一條程序。第三步將AR的內(nèi)容通過(guò)地址總線送至內(nèi)存，經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中相應(yīng)的單元。第四步控制器發(fā)出讀指令。01020304將指令的地址賦給程序計(jì)數(shù)器PCPC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動(dòng)加1AR的內(nèi)容通過(guò)地址總線送至內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元CPU的控制器發(fā)出讀命令第五步在讀命令的控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線上。第六步把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR中。第七步指令譯碼。就是數(shù)據(jù)寄存器DR，將指令送到指令寄存器IR中，然后再送到指令譯碼器ID中01020304將指令的地址賦給程序計(jì)數(shù)器PCPC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動(dòng)加1AR的內(nèi)容通過(guò)地址總線送至內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元CPU的控制器發(fā)出讀命令050607在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR指令譯碼（數(shù)據(jù)寄存器DR）將指令送到指令寄存器IR中，再送到指令譯碼器ID中1“讀存儲(chǔ)器”命令我們基于這張圖再回顧一下馮諾依曼計(jì)算機(jī)的操作流程。首先，是將指令的地址賦給PC，這里就是1000Fh。第二步是將PC的內(nèi)容送至地址寄存器中。第三步是將地址寄存器中內(nèi)容通過(guò)地址總線傳送至內(nèi)存，經(jīng)地址譯碼器譯碼后選中相應(yīng)的內(nèi)存單元，即地址為1000FH的這個(gè)單元。第四步是控制器發(fā)出讀存儲(chǔ)器的指令。第五步是在讀指令的控制下，將選中的內(nèi)存單元中的內(nèi)容發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上，也就是將B1H發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上。第六步是把數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容傳送到數(shù)據(jù)寄存器中。第七步收到指令后開(kāi)始進(jìn)行指令譯碼。這就是馮諾伊曼計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程1000FH地址寄存器+指令譯碼數(shù)據(jù)總線B1H┇┇內(nèi)存儲(chǔ)器地址總線B1H1000FHPC1000FH操作流程它的特點(diǎn)是使用了程序存儲(chǔ)，共享數(shù)據(jù)和順序執(zhí)行。屬于順序處理器，它比較適合確定的算法和數(shù)據(jù)的處理特點(diǎn)程序存儲(chǔ)共享數(shù)據(jù)順序執(zhí)行順序處理器適合確定的算法和數(shù)據(jù)的處理當(dāng)然他有很多不足之處，第一是他與存儲(chǔ)器之間有大量的數(shù)據(jù)交互，它對(duì)總線的要求比較高。第二是他的執(zhí)行順序由程序來(lái)決定，對(duì)大型的復(fù)雜的任務(wù)來(lái)說(shuō)會(huì)比較困難。第三是它以運(yùn)算器為核心，處理效率比較低，所有的數(shù)據(jù)都要經(jīng)有運(yùn)算器，會(huì)導(dǎo)致效率低下。第四是由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。正因?yàn)椋T諾依曼計(jì)算機(jī)有這些缺點(diǎn)和不足，就有很多人提出了改進(jìn)的方案。不足之處與存儲(chǔ)器間有大量數(shù)據(jù)交互，對(duì)總線要求很高；執(zhí)行順序由程序決定，對(duì)大型復(fù)雜任務(wù)較困難；以運(yùn)算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。比如數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)。它采用了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)什么叫數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式呢？就是程序的執(zhí)行順序不是由程序計(jì)數(shù)器來(lái)控制的，而是由指令間的數(shù)據(jù)流控制的。當(dāng)指令具有所需要的數(shù)據(jù)而且輸出端沒(méi)有數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以執(zhí)行指令什么叫數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式？數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式程序的執(zhí)行順序不是由程序計(jì)數(shù)器控制，而是由指令間的數(shù)據(jù)流控制；當(dāng)指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)就可執(zhí)行。另外一種是哈佛結(jié)構(gòu)，它是將指令和數(shù)據(jù)分別存放在兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)模塊中。哈佛