¿Qué es la arquitectura informática de von Neumann?
(1) Pensamiento de diseño de Von Neumann
En los 50 años transcurridos desde la llegada de la computadora, aunque el sistema informático actual ha cambiado desde los indicadores de rendimiento, la velocidad de computación, los métodos de trabajo, la aplicación campos y precios, etc. Es muy diferente a las computadoras de esa época, pero la arquitectura básica no ha cambiado y todas son computadoras von Neumann.
Las ideas de diseño de Von Neumann se pueden resumir brevemente en los siguientes tres puntos:
① Una computadora debe incluir cinco componentes básicos: unidad aritmética, memoria, controlador, dispositivos de entrada y salida.
② La computadora debe usar binario para representar instrucciones y datos. Cada instrucción generalmente tiene un código de operación y un código de dirección. Entre ellos, el código de operación indica la naturaleza de la operación y el código de dirección indica la ubicación del operando en la memoria.
③ Envíe el programa programado y los datos originales a la memoria interna y luego inicie la computadora para que funcione. La computadora debería recuperar automáticamente las instrucciones y ejecutar las tareas una por una sin la intervención del operador.
Lo más importante del pensamiento de diseño de von Neumann es que propuso claramente el concepto de "almacenamiento de programas". Todas sus ideas de diseño son en realidad la encarnación del principio de "almacenamiento de programas".
(2) Diagrama de estructura básica de la computadora
(La línea continua en la figura es el flujo de datos, la línea de puntos es el flujo de control), podemos comprender mejor el "programa almacenado" y "control de programa" ".
El dispositivo de entrada ingresa el programa de resolución de problemas y los datos originales bajo el control del controlador. El controlador lee las instrucciones del programa una por una desde la memoria, después de decodificarlas y analizarlas. una serie de señales de operación para comandar la unidad aritmética, la memoria espera hasta que el componente complete la función operativa especificada y finalmente el controlador ordena al dispositivo de salida que genere el resultado final de manera apropiada. Todas estas tareas están controladas por el controlador y la base principal para el control del controlador es el programa almacenado en la memoria. La gente suele decir que las computadoras modernas utilizan control de programas almacenados, y esto es lo que significa.
(3) El proceso de trabajo de la computadora
El proceso de trabajo de la computadora es el proceso de ejecución del programa. La forma de organizar los programas almacenados implica cuestiones de arquitectura informática. Las computadoras actuales se diseñan y fabrican basándose en el concepto de "almacenamiento de programas".
Después de comprender el "almacenamiento de programas", resulta muy fácil comprender el proceso de trabajo de la computadora. Si desea que la computadora funcione, primero debe programarla y luego enviarla a la memoria a través del dispositivo de entrada para su almacenamiento, es decir, almacenamiento de programas. El siguiente es el problema de ejecutar el programa. Según el diseño de von Neumann, la computadora debería poder ejecutar programas automáticamente, y ejecutar el programa se reduce a ejecutar instrucciones una por una. La ejecución de una instrucción se puede dividir en las siguientes cuatro operaciones básicas:
① Obtener instrucciones: buscar la instrucción que se ejecutará desde una dirección en la memoria y enviarla al registro de instrucciones dentro de la CPU para su almacenamiento temporal.
② Analizar la instrucción: enviar la instrucción almacenada en el registro de instrucciones al decodificador de instrucciones y decodificar la microoperación correspondiente a la instrucción.
③ Ejecución de instrucciones: según la decodificación de instrucciones, se envían señales de control correspondientes a cada componente para completar varias operaciones especificadas por la instrucción.
④ Prepárese para ejecutar la siguiente instrucción, es decir, obtenga la dirección de la siguiente instrucción.