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前言

什么是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)？

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的？

存儲(chǔ)器在馮諾依曼體系中有什么作用？

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)為什么要這樣設(shè)計(jì)？

馮諾依曼結(jié)構(gòu)總結(jié)

前言

相信對(duì)于馮諾依曼這個(gè)人的名字大家一定不會(huì)感到陌生，他被稱為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”

而在他生平比較重要的一大貢獻(xiàn)就是：創(chuàng)建了計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

接下來(lái)，我會(huì)對(duì)這個(gè)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，包括他為什么要這樣設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)的好處是什么，為什么現(xiàn)在計(jì)算機(jī)大多都以馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)為主體。。。。也會(huì)娓娓道來(lái)！那就讓我們接下去看吧！

什么是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)？

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)是馮諾依曼提出的一種計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，如圖

我們先看看他其中的組成是怎么樣的

存儲(chǔ)器：指的其實(shí)就是我們熟知的內(nèi)存

輸入設(shè)備：指的是幫助計(jì)算機(jī)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備，例如：鍵盤、攝像頭、話筒、磁盤、網(wǎng)卡。。。

輸出設(shè)備：指的是幫助計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的設(shè)備，例如：顯示器、音響、磁盤、網(wǎng)卡。。。

注意：有些設(shè)備既可以是輸入設(shè)備，也可以是輸出設(shè)備

中央處理單元：指的就是電腦的CPU

運(yùn)算器：是CPU中較為主要的設(shè)備之一，它的功能是進(jìn)行各種運(yùn)算，例如：算術(shù)運(yùn)算/邏輯運(yùn)算

控制器：給CPU進(jìn)行響應(yīng)外部事件，例如拷貝數(shù)據(jù)到內(nèi)存中

現(xiàn)在，我們知道了什么是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，那么相信你也一定會(huì)有疑問，他到底是如何工作的呢？不要急，我們接下來(lái)看看！

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的？

第一步：首先是由輸入設(shè)備讀取完數(shù)據(jù)

第二步：把數(shù)據(jù)由輸入設(shè)備移動(dòng)到內(nèi)存中

第三步：此時(shí)CPU拿到并進(jìn)行處理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)

第四步：CPU再把處理好的數(shù)據(jù)交給內(nèi)存

第五步：內(nèi)存再把數(shù)據(jù)給輸出設(shè)備，此時(shí)整個(gè)數(shù)據(jù)處理流程就完畢了

也就是如下圖示意圖的黑色箭頭指向即為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的工作流程

存儲(chǔ)器在馮諾依曼體系中有什么作用？

在看了上述內(nèi)容后，相信你也有一些疑惑，為什么馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)中需要有存儲(chǔ)器呢？

我們直接把數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)給到CPU再由CPU給到輸出設(shè)備不就好了嗎？

首先，我們先要了解一個(gè)概念，那就是在馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)中不同的設(shè)備，他們的處理數(shù)據(jù)的速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同的

其中，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備是一個(gè)級(jí)別的速度(最慢的)

其次，存儲(chǔ)器是一個(gè)級(jí)別的速度(中等的)

再然后，CPU是一個(gè)級(jí)別的速度(最快的)

如果我們說CPU是10納秒級(jí)別的速度的話，那么存儲(chǔ)器可能就是百納秒為單位的，而輸入設(shè)備和輸出設(shè)備是微秒級(jí)別的

我們其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)中，CPU是不直接與輸入輸出設(shè)備直接進(jìn)行交互的，原因也是因?yàn)樗麄兊乃俣冗^慢會(huì)導(dǎo)致CPU長(zhǎng)時(shí)間等待以至于運(yùn)行效率變低

這里就好比木桶效應(yīng)

木桶效應(yīng)：決定一個(gè)桶能裝多少水的不是取決于最高的那塊木板，而是最低的那塊木板

同樣的，因?yàn)镃PU的速度已經(jīng)很快很快了，此時(shí)決定CPU的速度的就不是它自身的速度，而是其他較慢設(shè)備的速度。所以存儲(chǔ)器這個(gè)設(shè)備在體系結(jié)構(gòu)中也是必不可少的！

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)為什么要這樣設(shè)計(jì)？

?在上述內(nèi)容中，我們了解了，體系結(jié)構(gòu)中為什么需要存儲(chǔ)器，但我接下來(lái)又得要提出一個(gè)問題了。

為什么體系結(jié)構(gòu)中需要有輸入設(shè)備中的磁盤呢？同樣是讀取數(shù)據(jù)，它的效率還比內(nèi)存要低，我不能全部換成內(nèi)存嗎？

從技術(shù)角度來(lái)說，這顯然是可行的。因?yàn)樯鲜?，同樣是讀取數(shù)據(jù)，內(nèi)存一定比磁盤要好

但是我們除了要考慮技術(shù)問題，最重要的一個(gè)問題是成本

我們都知道，凡是被廣泛傳播的產(chǎn)品，一定是物美價(jià)廉的！

如果我們把磁盤中的512G全部換成內(nèi)存，顯然這個(gè)造價(jià)就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無(wú)法廣泛傳播，并且性價(jià)比極低（全部換成內(nèi)存不一定就會(huì)比磁盤+內(nèi)存速度快）

如果真按照這樣子設(shè)計(jì)，馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)也或許并不會(huì)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主流硬件結(jié)構(gòu)

這也從側(cè)面應(yīng)證了，馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)之所以會(huì)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主流硬件結(jié)構(gòu)就是因?yàn)槌杀镜停瑬|西好。

馮諾依曼結(jié)構(gòu)總結(jié)

在學(xué)習(xí)了上述內(nèi)容后，我們也可以仔細(xì)想想

我們?cè)趯W(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的時(shí)候，時(shí)常聽到的一句話是：程序要運(yùn)行，必須先加載到內(nèi)存！

我們可能學(xué)的時(shí)候是會(huì)很想當(dāng)然的！我們也不考慮！但我現(xiàn)在就可以告訴你為什么了

因?yàn)槭邱T諾依曼體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定的，因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)不讓CPU與外設(shè)直接交互！?

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