冯.诺伊曼计算机如何实现程序存储

冯诺伊曼的计算机存储程序的设想

冯·诺伊曼的计算机存储程序的设想

事实上，今天所有的计算机，从1000美元的巨型计算机到装备手机和电子玩具的微型的单片机，都普遍具有同一个特点，即它们都属于“诺伊曼机”。它们都是同一的计算机基本结构的变种。而这种计算机的基本结构是由冯·诺伊曼在上个世纪四十年代根据图灵机的原理而建立的。有些人因为一生中只做了一件事情而变得声名显赫。而这位匈牙利出生的伟大的数学家，几乎参与了所有的事情。从量子力学到博弈论，他都做出极大的贡献。至于“诺伊曼机”，差不多只是他许多出色造诣和发明创造中的微不足道的一项。

约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann），1903年12

月29日生于匈牙利首都布达佩斯的一个富裕的犹太家庭

里。小时侯，他就表现得像个神童，六岁时能用心算完成

八位数的除法，八岁时就自学微积分。当父母亲的朋友来

访，他的表演就是让客人指定电话号码簿的某一页，他粗

略地扫视一遍，然后一字不漏地将全页号码背出来。诺伊

曼学习兴趣广泛，主要方向在数学。他23岁时取得布达

佩斯大学的博士学位，便到德国柏林大学担任讲师。他是

柏林大学有史以来最年轻的教师。他在25岁已发表10篇

重要论文，30岁时已发

冯.诺伊曼结构与哈佛结构

一、冯.诺伊曼结构

1945年，冯.诺伊曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，

人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺伊曼型结构”计算机。冯.诺伊曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输，如下图所示：

图 冯.诺伊曼结构

冯.诺伊曼结构处理器具有以下几个特点：

必须有一个存储器； 必须有一个控制器；

必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算； 必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。

冯.诺伊曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初选择这种结构是自然的。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。

在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯.诺伊曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，如下图所示，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺伊曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而

大学计算机-计算思维导论

李旻先 minxianli@http://www.77cn.com.cn

南京理工大学计算机科学与工程学院

第3讲 冯.诺依曼计算机： 机器级程序及其执行理解“程序和数据如何被存储、如何被执行的”,有助 于构造和设计可执行的算法和程序，有助于复杂环境下 程序执行机制的理解

内容提要基本目标:

3/38

理解程序及其硬件实现思维

基本思维：机器级算法与程序 机器指令与指令系统 存储器 存储程序 运算器与 控制器 机器级程序的执行；算法程序化 程序指令化 指令存储化 执行信号化

冯.诺依曼计算机：机器级程序及其执行 2.2.1 图灵机的思想与模型简介

4/38

图灵机的思想与模型简介----图灵的贡献 ----图灵机：计算机的理论模型 ----指令、数据、程序与程序执行

图灵是谁?

5/38

图灵及其贡献 图灵(Alan Turing, 1912~1954),出生于英国伦敦，19 岁入剑桥皇家学院，22 岁当选为皇家学会会员。 1937 年，发表了论文《论可计算数及其在判定问题中的应 用》,提出了图灵机模型，后来，冯〃诺依曼根据这个模型设 计出历史上第一台电子计算机。

1950 年，发表了划时代的文章：《机器能思考吗?》,成为了人工智能的开山之

计算机维修工(高级)第4讲 计算机硬件基础知识 (存储器)

第4讲 计算机硬件基础知识

内存条 硬盘 软驱和软盘 光驱和光盘

第4讲 计算机硬件基础知识一、存储器

1、分类：内存(主存储器)和外存(辅助存储器)内存设备：cache、内存条、CMOS等。

外存设备：硬盘、光盘、软盘、U盘等。

第4讲 计算机硬件基础知识2、作用： (1)内存：用于存放当前处于活动状态的程序和 数据，即微机运行所需要的程序和数据，它与 CPU之间进行频繁的交换数据。 (2)外存：用户可用于长期保存程序、数据和文 件。(由用户管理外存中的数据)

第4讲 计算机硬件基础知识3、区别设备 与CPU交换数据方式 容量 价格 存取速度

内存

直接交换

小

每存储单元价格高

快

外存

间接交换

大

每存储单元价格低

慢

第4讲 计算机硬件基础知识二、内存储器 1、分类： (1) ROM:(Read Only Memory,只读存储器 (2) RAM:(Random Access Memory,随机存储 器) 其中，RAM又分为：静态存储器(SRAM) 动态存储器(DRAM)

第4讲 计算机硬件基础知识区别： (1)SRAM:速度快、但体积大、集成度低，一般 用作高速缓冲存储器。

(2)DRAM:集成度高、功耗低，成

计算机维修工(高级)第4讲 计算机硬件基础知识 (存储器)

第4讲 计算机硬件基础知识

内存条 硬盘 软驱和软盘 光驱和光盘

第4讲 计算机硬件基础知识一、存储器

1、分类：内存(主存储器)和外存(辅助存储器)内存设备：cache、内存条、CMOS等。

外存设备：硬盘、光盘、软盘、U盘等。

第4讲 计算机硬件基础知识2、作用： (1)内存：用于存放当前处于活动状态的程序和 数据，即微机运行所需要的程序和数据，它与 CPU之间进行频繁的交换数据。 (2)外存：用户可用于长期保存程序、数据和文 件。(由用户管理外存中的数据)

第4讲 计算机硬件基础知识3、区别设备 与CPU交换数据方式 容量 价格 存取速度

内存

直接交换

小

每存储单元价格高

快

外存

间接交换

大

每存储单元价格低

慢

第4讲 计算机硬件基础知识二、内存储器 1、分类： (1) ROM:(Read Only Memory,只读存储器 (2) RAM:(Random Access Memory,随机存储 器) 其中，RAM又分为：静态存储器(SRAM) 动态存储器(DRAM)

第4讲 计算机硬件基础知识区别： (1)SRAM:速度快、但体积大、集成度低，一般 用作高速缓冲存储器。

(2)DRAM:集成度高、功耗低，成

第4章 冯.诺依曼计算机：机器级程序

及其执行

1、关于“图灵机”，下列说法不正确的是_____。 (A)图灵机给出的是计算机的理论模型；

(B)图灵机的状态转移函数，其实就是一条指令，即在q状态下，当输入为X时，输出为Y，读写头向右(R)、向左(L)移动一格或不动(N)，状态变为p；

(C)图灵机是一种离散的、有穷的、构造性的问题求解思路；

(D)凡是能用算法方法解决的问题也一定能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题人和算法也解决不了； (E)上述有不正确的。

答案是：E

2、关于“图灵机”和“计算”，下列说法不正确的是_____。

(A)计算就是对一条两端可无限延长的纸带上的一串0和1，一步一步地执行指令，经过有限步骤后得到的一个满足预先规定的符号串的变换过程；

(B)“数据”可被制成一串0和1的纸带送入机器中进行自动处理，被称为数据纸带；处理数据的“指令”也可被制作成一串0和1的纸带送入机器中，被称为程序纸带；机器一方面阅读程序纸带上的指令，并按照该指令对数据纸带上的数据进行变换处理。

(C)计算机器可以这样来制造：读取程序纸带上的指令，并按照该指令对数据纸带上的数据做相应的变换，这就是图灵机的基本思想

计算机存储器——内存和外存

引言：存储器是计算机的第二个子系统。它有一个重要的特性——无限可复制性，即其存放的数据被取出后，原来存放的数据依然存在，所以可以被反复利用。本报告将从存储器的原理、分类、功能和发展状况等方面进行探究分析。

摘要：在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。其是具有“记忆”功能的设备，是计算机智能化的重要保证。存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。那么现有存储器的种类有哪些、它们又有哪些各自不同的性能及它们是如何在计算机中发挥存储作用的呢？为了理清楚以上问题，我做了有关于计算机内存与外存的相关研究。

关键词：存储器 内存 RAM ROM 外存 正文：

存储器，英文名称为Memory，顾名思义，是一种用于存储信息的仪器，常用于计算机中的数据储存，计算机工作所需的所有数据都被存储在存储器中，包含原始数

一、选择题

1．存储器管理的主要功能是内存分配、地址映射、内存保护和( )。 A．内存扩充 B．外存扩充 C内存和外存扩充 D．地址保护 2．把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程称作( ) A．编译 B．连接 C．运行 D．重定位 3．物理地址对应的是( )。

A．模块中的地址 B． 内存中的地址 C．外存中的地址 D．数据的起始地址 4．逻辑地址对应的是( )

A．数据的起始地址 B．内存中的地址 C．模块中的地址 D．外存中的地址 5．动态重定位是在( )时进行的重定位。

A．程序执行时 B．开机时 C．启动时 D．装入内存时 6．静态重定位是在( )时进行的重定位。

A．程序执行时 B．开机时 C．启动时 D．装入内存时 7．在目标程序装入内存时，一次性完成地址修改的方式是( )

A 静态重定位 B．动态重定位 C．静态连接 D．动态连接 8．下列关于缓冲技术描述正确的是( )

A．以空间换取时间的技术 B．以时间换取空间的技术

C．为了协

计算机存储器——内存和外存

引言：存储器是计算机的第二个子系统。它有一个重要的特性——无限可复制性，即其存放的数据被取出后，原来存放的数据依然存在，所以可以被反复利用。本报告将从存储器的原理、分类、功能和发展状况等方面进行探究分析。

摘要：在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。其是具有“记忆”功能的设备，是计算机智能化的重要保证。存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。那么现有存储器的种类有哪些、它们又有哪些各自不同的性能及它们是如何在计算机中发挥存储作用的呢？为了理清楚以上问题，我做了有关于计算机内存与外存的相关研究。

关键词：存储器 内存 RAM ROM 外存 正文：

存储器，英文名称为Memory，顾名思义，是一种用于存储信息的仪器，常用于计算机中的数据储存，计算机工作所需的所有数据都被存储在存储器中，包含原始数

计算机移动存储介质使

用管理规定

Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

社区计算机移动存储介质使用管理制度

第一条：根据中央保密办、国家保密局《关于国家秘密载体保密管理的规定》和有关文件精神，为确保国家秘密安全，结合社区实际，特制定本制度。

第二条：各业务口拟用于处理秘密信息的移动存储介质必须建好台帐，进行申报、登记，经审批后，方能投入使用，并按其所涉及的秘密等级做好密级标识。凡未进行申报、登记、审批的移动存储介质均属非涉密移动存储介质，严禁用于存储政府秘密信息。

第三条：涉密人员应根据其岗位密级以及办公需求配备相应密级的涉密移动存储介质。

第四条：涉密移动存储介质由政府负责保密工作的人员统一购置，做出统一的密级标识，统一编号，登记后配发各科室。涉密移动存储介质使用部门应当指定专人负责涉密移动存储介质的领取、登记、配发和管理。

第五条：涉密移动存储介质不能与国际互连网或其它公共信息网的计算机相连接，用于下载国际互联网、公共信息网信息的移动存储介质不得与涉密计算机和涉密计算机信息系统相连接。如需从网上下载资料，应该用非涉密移动存储介质从上网计算机上下载资料后，通过中间机（中间机指的是既不用于上网又不是涉密的计