2.1.1　冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构，冯·诺依曼体系结构如图2-2所示。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯·诺依曼体系结构。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

图2-2　冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼模型定义了计算机内部的结构。冯·诺依曼模型主要可归纳为以下6点：

①采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，（数据和程序在内存中是没有区别的，它们都是内存中的数据，当EIP指针指向CPU就加载那段内存中的数据，如果是不正确的指令格式，CPU就会发生错误中断。在现在CPU的保护模式中，每个内存段都有其描述符，这个描述符记录着这个内存段的访问权限（可读、可写、可执行）。这就变相地指定了哪些内存中存储的是指令，哪些是数据。

指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。

②存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。

③指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型，地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型标志，它的数据类型由操作码确定。

④通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。

⑤以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。

⑥数据以二进制表示。

在冯·诺依曼模型中，控制器作为计算机的核心，对计算机的所有部件实施控制，协调整个系统有条不紊地工作。输入设备输入数据和程序，输入的数据和程序被存放到存储器（Memory）中。处理功能由运算器完成，运算器是执行算术和逻辑运算的部件，又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。程序的执行结果被输出设备输出。

现代计算机中，往往把运算器和控制器集成在一块芯片上，形成一个功能相对独立的逻辑器件，称为CPU（Central Processing Unit，中央处理单元，又称中央处理器）。把CPU、存储器组装在一个箱体内，称为主机。