什么是计算机”存储程序，程序控制“的工作原理

现代计算机都是

冯

·诺依曼

（JohnVonNeuman）结构的计算机。它的基本原理是"

存储程序和程序控制

"；即是说，计算机的工作是在程序的控制下运行，而程序又是预先存储在计算机内的。更详细地说就是，要利用计算机完成一项处理任务时，首先要把任务转换成程序，然后将程序存储在计算机的（内）存储器中，并命令计算机从程序的开始位置（某一条指令）开始工作，计算机的工作路线必须按照程序设计的路线进行，自动地执行并完成任务，直到结束的那条指令执行完为止。

这里有几个问题需要解决：

第一，需要一种工具来描述任务的执行过程。这个工具就是计算机语言。这种语言既要人能理解使用，又要计算机能理解和使用。

第二，需要一种方法能有效地将任务转换成程序，这就是

"程序设计"。程序设计需要理论，技术，方法和工具，这就是"程序设计方法学"。

第三，需要将程序合理地存储在计算机系统内，并有效地对它进行管理和执行控制。这就是 *** 作控制或现代的 *** 作系统软件的职能。

一、计算机指令和指令系统

所谓指令是指能向计算机发出的、能被计算机理解的，使计算机能执行一个最基本 *** 作的命令。

每一条指令包含两方面的信息，一是表示

"做什么"的 *** 作信息（用特定的二进制代码表示），二是表示 *** 作应处理的数据信息（用数据本身或数据在存储器中的地址表示）。前者称为" *** 作码"（Op

---

Operator

Code），后者称为"地址码"（Address

Code）,并有如下图的指令格式

。

一般计算机包括如下几类指令：

1）算术运算类。执行加、减、乘、除等算术运算的指令类；

2）逻辑运算类。执行或、与、非、移位、比较等逻辑运算的指令类；

3）传送类。执行取数、存数、传送等 *** 作的指令类；

4）程序控制类。执行无条件转移、条件转移、调用程序、返回等 *** 作的指令类；

5）输入/输出类。执行输入、输出、输入/输出等实现内存和外部设备之间传输信息 *** 作的指令类；

6）其他类指令。执行停机、空 *** 作、等待等 *** 作的指令类；

每一类指令中又包含许多不同功能的指令。如加法指令就有定点加，浮点加，十进制加，直接数加等的不同。作为计算机指令，都是用二进制代码表示的，可以用八进制或十六进制书写。假设某种计算机有如下

8条指令码

冯诺依曼计算机的核心思想是存储程序。

1945年6月，冯·诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program Concept)，这是所有现代电子计算机的范式，被称为“冯· 诺依曼结构”，按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机(Stored Program Computer)，又称为通用计算机。冯·诺依曼计算机主要由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成，它的的特点是：程序以二进制代码的形式存放在存储器中；所有的指令都是由 *** 作码和地址码组成；指令在其存储过程中按照执行的顺序；以运算器和控制器作为计算机结构的中心等。冯诺依曼计算机广泛应用于数据的处理和控制方面，但是存在一些局限性。

1二进制形式表示数据和指令。

2采用存储程序方式：事先编制程序，把程序存入存储器中，计算机在运行时就能自动地、连续地从入存储器中取出指令并执行。

3、计算机必须具备五大基本组成部件：运算器、控制器、存储器、输入、输出设备。其核心是:存储程序方式。

4、在报告中冯·诺伊曼明确提出了计算机的体系架构。从1951年第一台电子计算机EDVAC开始，计算机经历了多次的更新换代，不管是最原始的、还是最先进的计算机，使用的仍然是冯·诺依曼最初设计的计算机体系结构。

5、冯·诺依曼（John von Neumann，1903~1957），20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

核心是：采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）。

现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。这种结构特点是“程序存储，共享数据，顺序执行”，需要 CPU 从存储器取出指令和数据进行相应的计算。

主要特点有：单处理机结构，机器以运算器为中心；采用程序存储思想；指令和数据一样可以参与运算；数据以二进制表示；将软件和硬件完全分离；指令由 *** 作码和 *** 作数组成；指令顺序执行。

扩展资料：

冯·诺依曼计算机体系结构缺陷的分析：

（1）指令和数据存储在同一个存储器中，形成系统对存储器的过分依赖。如果储存器件的发展受阻，系统的发展也将受阻。

（2）指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器PC指明要执行的指令所在的单元地址。 然后取出指令执行 *** 作任务。所以指令的执行是串行。影响了系统执行的速度。

（3）存储器是按地址访问的线性编址，按顺序排列的地址访问，利 于存储和执行的机器语言指令，适用于作数值计算。机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔， 称之为冯·诺依曼语 义间隔。消除语义间隔成了计算机发展面临的一大难题。

参考资料来源： 百度百科-冯·诺依曼结构

冯·诺伊曼原理

电子计算机采用了“存贮程序控制”原理。这一原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼提出的，所以又称为“冯·诺伊曼原理”。这一原理在计算机的发展过程中，始终发挥着重要影响，确立了现代计算机的基本组成和工作方式，直到现在，各类计算机的工作原理还是采用冯·诺伊曼原理思想。冯·诺伊曼原理的核心是“存贮程序控制”。

第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器；

第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指 令要求什么事；

第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的 *** 作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中；

第四步：当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出

“存贮程序控制”原理的基本内容是：

(1) 采用二进制形式表示数据和指令；

(2) 将程序（数据和指令序列）预先存放在主存贮器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存贮器中取出指令，并加以执行；

(3) 由运算器 、存贮器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了这五大部件的基本功能。冯·诺伊曼思想实际上是电子计算机设计的基本思想，奠定了现代电子计算机的基本结构，开创了程序设计的时代。

解析: 冯·诺依曼EDVAC计算机方案中，提出了两个重要的概念:采用二进制和存储程序控制的概念。

采用二进制形式表示数据和指令：在存储程序的计算机中，数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别。都是由0和1组成的代码序列，只是各自约定的含义不同而已。

计算机在读取指令时，把从计算机读到的信息看作是指令；而在读取数据时，把从计算机读到的信息看作是 *** 作数。数据和指令在软件编制中就已加以区分，所以正常情况下两者不会产生混乱。

采用存储程序方式：这是冯·诺依曼思想的核心内容。如前所述，它意味着事先编制程序，事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。

计算机的工作体现为执行程序，计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。

冯·诺依曼机的这种工作方式，可称为控制流(指令流)驱动方式。即按照指令的执行序列，依次读取指令，然后根据指令所含的控制信息，调用数据进行处理。

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