1冯·诺依曼结构

1、计算机系统结构-冯诺依曼结构8/18/20221电子计算机之父“电子计算机之父”的桂冠，被戴在数学家 冯诺依曼（J.Von Neumann）头上， 而不是ENIAC的两位实际研究者，这是因为冯诺依曼提出了现代电脑的体系结构。 8/18/202228/18/20223冯诺依曼小传-1冯诺依曼是本世纪最伟大的科学家之一。 他1913年出生于匈牙利首都布达佩斯，6岁能心算8位数除法，8岁学会微积分，12岁读懂了函数论。通过刻苦学习， 在17岁那年，他发表了第一篇数学论文，不久后掌握七种语言，又在最新数学分支集合论、泛函分析等理论研究中取得突破性进展。22岁，他在瑞士苏黎士联邦工业大学化学专业毕业。

2、一年之后，摘取布达佩斯大学的数学博士学位。 转而攻向物理，为量子力学研究数学模型，又使他在理论物理学领域占据了突出的地位8/18/20224冯诺依曼小传-21928年，美国数学泰斗韦伯伦教授聘请这位26岁的柏林大学讲师到美国任教， 冯诺依曼从此到美国定居。1933年，他与爱因斯坦一起被聘为普林斯顿 大学高等研究院的第一批终身教授。 数学史界却坚持说， 冯诺依曼是本世纪最伟大的数学家之一，他在遍历理论、拓扑群理论等 方面作出了开创性的工作， 算子代数甚至被命名为“冯诺依曼代数”。物理学界表示，冯诺依曼在30年代撰写的量子力学的数学基础已经被证明对 原子物理学的发展有极其重要的价值，而经济学界则反

3、复强调，冯诺依曼建立的经济增长模型体系， 特别是40年代出版的著作博弈论和经济行为，使 他在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。 1957年2月8日， 冯诺依曼因患骨癌逝世于里德医院，年仅54岁。他对电脑科学作出的巨大贡献，永远也不会泯灭其光辉！8/18/20225戈德斯坦请教问题1944年夏，戈德斯坦在阿贝丁车站等候去费城的火车，偶然邂逅闻名世界的大数学家冯诺依曼教授。戈德斯坦抓住机会向数学大师讨教，冯诺依曼和蔼可亲，耐心地回答 戈德斯坦的提问。听着听着，他敏锐地从这些数学问题里，察觉到不寻常事情。他反过来 向戈德斯坦发问，直问得年轻人“好像又经历了一次博士论文答辩”。最后，戈德斯坦毫 不隐

4、瞒地告诉他莫尔学院的电子计算机项目。 8/18/20226从研制中产生思想他为阿贝丁试炮场的计算问题焦虑万分。他希望到莫尔学院看看ENIAC的研制。从此，他成为了莫尔小组的实际顾问，与小组成员频繁地交换意见。年轻人机敏地提出各种设想，冯诺依曼则运用他渊博的学识，把讨论引向深入，并逐步形成电子计算机的系统 设计思想。 。 8/18/20227发现问题在尚未投入运行前， 冯诺依曼就看出这台机器致命的缺陷，主要弊端是程序 与计算两分离。程序指令存放在机器的外部电路里，需要计算某个题目，必须首先用人工 接通数百条线路，需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算。 冯诺依曼决定起草一份新的设计报告，对电

5、子计算机进行脱胎换骨的改造。他把新 机器的方案命名为“离散变量自动电子计算机”，英文缩写是“EDVAC”8/18/20228著名的“101页报告”1945年6月，冯 诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”，直到今天，仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算。EDVAC方案的革命意义在 于“存储程序”，以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的 机器统称为“诺依曼机”。8/18/20229ISA电子计算机由于种种原因，莫尔小组发生令人痛惜的分裂，EDVAC

6、机器无法被立即研制。1946年6月， 冯诺依曼和戈德斯坦、 勃克斯回到普林斯顿大学高级研究院，先期完成了另一台 ISA电子计算机（ISA是高级研究院的英文缩写），普林斯顿大学也成为电子计算机的研究中心。 8/18/202210EDVAC计算机直到1951年，在极端保密情况下，冯诺依曼主持的EDVAC计算机才宣告完成，它不仅可应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域，主要缘于“存储程序”的威力。 EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管，以1024个44比特水银延迟线来储存程序和 数据，消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3。 8/18/2022118/18/202212EDSAC计

7、算机最早问世的内储程序式计算机既不是ISA，也不是EDVAC，英国剑桥大学威尔克斯（M.Wilkes）教授，抢在冯诺依曼之前捷足先登。 威尔克斯1946年曾到宾夕法尼亚大学参加冯诺依曼主持的培训班，完全接受了冯 诺依曼内储程序的设计思想。回国后，他立即抓紧时间，主持新型电脑的研制，并于1949 年5月，制成了一台由3000只电子管为主要元件的计算机，命名为“EDSAC”（电子储存程序计算机）。威尔克斯后来还摘取了1967年度计算机世界最高奖“图林奖”。 8/18/202213现代电脑的代名词在冯诺依曼研制ISA电脑的期间，美国涌现了一批按照普林斯顿大学提供的ISA照片 结构复制的计算机。 如:

8、洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC，伊利诺斯大学制造的 ILLAC。雷明顿兰德公司科学家沃尔（W. Ware）甚至不顾冯诺依曼的反对，把他研制 的机器命名为JOHNIAC（“约翰尼克” ，“约翰”即冯诺依曼的名字）。冯诺依曼的大名已经成为现代电脑的代名词，1994年，沃尔被授予计算机科学先驱奖，而冯诺依曼 本人则被追授予美国国家基础科学奖。 8/18/202214最主要的贡献1。程序存储 （解决人工干预，实现自动执行）顺序指令集程序存储指令计数器自动执行2。计算机的组成五部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备三部分：CPU（运算器、控制器）、存储器、I/O设备（输入设备、输出设备）8/18/202215冯诺依曼结构的特点使用单一处理部件来完成计算、存储及通信功能；线性组织的定长存储单元（地址）；存储空间的单元是直接寻址的（地址）；使用低级机器语言，其指令完成基本操作码的简单操作；对计算进行集中的顺序控制（程序存储）。首次提出“地址”和“程序存