冯·诺依曼结构模型机详解

冯·诺依曼结构是现代计算机体系结构的基础。该结构由以下几个主要部分组成：

1. 中央处理单元（CPU） ：

控制器 ：负责协调和控制计算机各部分的操作。

程序计数器（PC） ：存储即将执行的指令的地址。

指令寄存器（IR） ：存储当前正在执行的指令。

通用寄存器（GPRs） ：用于存储操作数和计算结果。

算术逻辑单元（ALU） ：执行算术和逻辑运算。

标志寄存器 ：存储ALU运算结果的状态（如零标志、进位标志等）。

存储地址寄存器（MAR） ：存储需要访问的内存地址。

存储数据寄存器（MDR） ：存储从内存读取的数据或准备写入内存的数据。

2. 主存储器 ：

• 存储指令和数据。图中显示的主存储器按地址分为多个单元（0到7）。

3. 输入/输出设备 ：

• 输入设备：将外部数据输入计算机系统。

• 输出设备：将计算结果输出到外部世界。

工作原理

1. 指令获取 ：

• CPU通过程序计数器（PC）获取指令地址。

• MAR将该地址发送到主存储器。

• 主存储器根据地址将指令发送到MDR。

• MDR将指令送到指令寄存器（IR）。

2. 指令解码与执行 ：

• 控制器解码IR中的指令。

• 根据指令类型，控制器协调GPRs、ALU、MAR和MDR的操作。

• 如果是算术或逻辑操作，ALU执行运算，结果存入GPRs。

• 如果指令涉及内存访问，MAR和MDR参与地址和数据的传输。

3. 数据存取 ：

• 如果需要从内存读取数据，MAR将地址发送到主存储器，数据被读取到MDR，再传送到GPRs。

• 如果需要将数据写入内存，MDR将数据发送到主存储器的指定地址。