現代計算機大部分都是基于馮.諾依曼結構，馮.諾依曼結構是由出生于匈牙利的美國籍猶太人數學家約翰·馮·諾伊曼在1946年6月30號發(fā)表的論文中提出的。

當前最先進的計算機都采用的是馮諾依曼體系結構，所以馮諾依曼是當之無愧的數字計算機之父。

馮諾依曼體系結構特點：

(1)計算機處理的數據和指令一律用二進制數表示

(2)順序執(zhí)行程序

計算機運行過程中，把要執(zhí)行的程序和處理的數據首先存入主存儲器（內存），計算機執(zhí)行程序時，將自動地并按順序從主存儲器中取出指令一條一條地執(zhí)行，這一概念稱作順序執(zhí)行程序。

(3)計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。

對于初學者我們應該如何理解馮諾依曼體系呢？

當年第一臺計算機ENIAC造出時采用的是十進制，用了18000多只電子管，有資料說是不到18000只，總之是用了很多的電子管。但是為啥現在的計算機都采用了二進制，那是因為馮·諾依曼提出了二進制，那為啥馮·諾依曼會提出二進制，那是因為二進制能大大簡化計算機的線路。咱們先看下十進制與二進制的對應關系。

二進制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001

十進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

為了簡化問題，我們可以把電子管想象成小燈泡，小燈泡亮的時候代表1，不亮的時候代表0。如果用十進制代表9的話，則要9個小燈泡一起亮，才能代表數字9。然而用二進制表示的話，則只用4個小燈泡就可以，第1位和第4位的小燈泡亮，第2位和第3位的小燈泡不亮，這樣就表示了1001。同理，表示數字7的話用3個亮著的小燈泡就可以了。這樣就可以簡化計算機的線路了，線路簡化了，計算機出錯的幾率就大大降低了，可靠性自然就大大提高了。

關于二級制的邏輯控制它的數學基礎是布爾代數，布爾代數是關于集合的運算，集合之間基本運算有交集，并集，補集。舉個簡單的例子，假設四年級有兩個班，一班和二班。現在就有兩個集合，一班和二班。現在我們要找四年級的全部男生，就是一班的男生和二班的男生的人數和，這個就是交集。如果我們要找四年級的全部學生，就是一班的學生加上二班的學生，這個就是并集。同時，一班是二班的補集，二班也是一班的補集。現在咱們假設有兩種特殊的集合，其中一個集合只有元素1，另一個集合只有0，那么集合的運算就轉換成了二進制的運算。其中交集變成了二進制的'與'用符號“&”表示，并集變成了二進制的'或'用“|”表示，補集變成了二進制的'非'用“!”表示。則結果為：1&0=0，1|0=1，!1=0

 

最后，咱們看一下，馮諾依曼那五大部件是如何一起工作的。在這里咱們做一個類比，就是把電腦當成人腦，咱們看看人腦是如何工作的。這里先假設把運算器、控制器、存儲器都裝入我們的大腦，我們的眼睛和耳朵是輸入設備，因為眼睛是看的，耳朵是聽的，當然是輸入了。我們的嘴巴，手，腿都是輸出設備。因為嘴巴是說話的，所以是輸出，當然如果嘴巴吃飯的話，又成輸入設備了，在這里咱們只用嘴巴說話的功能。我們上課的時候，老師講著課呢，突然發(fā)現你走神了，于是老師叫你：小明，你給老師算一下2+3等于幾。請注意：這個時候你的耳朵把這個信息輸入給你的大腦，你大腦里有運算器、控制器、存儲器，這時這個信息進入了存儲器，存儲器再把這個信息交給你大腦的運算器。你大腦的運算器經過復雜的運算，終于算出了結果等于5，于是通知你的輸出設備嘴，把這個結果說了出來。上完了數學課，你又上了一節(jié)體育課，體育課上在玩籃球，你的同學把籃球傳給你，請注意：這個時候你的眼睛作為輸入設備將這個信號傳給了大腦的存儲器，然后存儲器又把信號交給了大腦的控制器，然后大腦控制器發(fā)出了信號接球，這個時候你的輸出設備手就執(zhí)行了命令接球。以上就是五大部件一起工作的原理。在這里需要提出的是，五大部件中的存儲器指的是內存，我們平時說的外存（主要指硬盤）既是輸入設備又是輸出設備。當我們讀取硬盤數據的時候，硬盤就是輸入設備，當我們存儲數據的時候，硬盤就是輸出設備。咱們平時說的CPU就包括了運算器和控制器。

 

約翰·馮·諾伊曼

1、馮.諾依曼結構

馮·諾伊曼結構是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的計算機設計概念結構。這個結構隱約指導了將存儲設備與中央處理器分開的概念，因此依本結構設計出的計算機又稱存儲程序計算機。

 

馮.諾依曼結構

這個體系結構上主要特點有：

1）以運算單元為中心

2）采用存儲程序原理

3）存儲器是按地址訪問、線性編址的空間

4）控制流由指令流產生

5）指令由操作碼和地址碼組成

6）數據以二進制編碼

2、CPU

 

inter的CPU

CPU（Central Processing Unit）又稱中央處理器，是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。

3、存儲設備

1）內存

 

內存條

計算機內存是與CPU直接交換數據的內部存儲器，是典型的隨機存取存儲器(Random Access Memory，縮寫：RAM), 它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數據存儲介質。我們經常說電腦的內存是2G，4G等就是說的這個內存，電腦斷電后內存中存儲的數據就會消失。

2）硬盤

 

硬盤主要是用于存儲大量文件，它不能直接與CPU交換數據，當讀取硬盤文件時首先將文件加載到內存中，然后再由內存與CPU交換數據。硬盤一般容量比較大，都在上百G以上，電腦斷電后硬盤中的文件數據不會消失。

4、輸入設備

輸入設備是向計算機輸入數據和信息的設備，是計算機與用戶或其他設備通信的橋梁。主要有如下幾種常見的輸入設備。

 

輸入設備

1）鼠標

2）鍵盤

3）掃描儀

4）手柄

5）數字相機

6）麥克風

5、輸出設備

輸出設備是計算機硬件系統(tǒng)的終端設備，用于接收計算機數據的輸出顯示、打印、聲音、控制外圍設備操作等。主要有如下幾種常見輸出設備。

 

輸出設備

1）顯示器

2）揚聲器

3）打印機

4）投影儀