2.1.2　馮·諾依曼計算機的基本組成

自第一臺計算機誕生以來，計算機的制造技術已經發生了翻天覆地的變化。但到目前為止，計算機硬件系統的構成依然基于馮·諾依曼原理。

馮·諾依曼設計思想可以概括為3點：

①計算機由5個基本部分組成，即運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。

②程序由指令構成，程序和數據都用二進制數表示。

③采用存儲程序的方式，任務啟動時程序和數據同時送入內存儲器中，計算機在無須操作人員干預的情況下，自動地逐條取出指令和執行任務。

數據在五大部件間傳輸需要有數據總線，如圖2-3所示。圖中實線為數據流，虛線為控制流。從圖中可以看出，計算機以運算器為中心，輸入、輸出設備與存儲器間的數據傳送都通過運算器。

下面簡單介紹馮·諾依曼計算機的組成部件。

1.運算器

運算器是進行算術運算和邏輯運算的部件，主要由算術邏輯單元和一組寄存器構成。在控制器的控制下，它對內存儲器或寄存器中的數據進行算術邏輯運算，再將結果送到內存儲器或寄存器中。算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）的功能是進行算術運算和邏輯運算。算術運算指進行加、減、乘、除等基本運算；邏輯運算指“與”“或”“非”等基本操作。

2.控制器

控制器是計算機的指揮中心，是發布命令的“決策機構”，它控制著整個計算機的各個部件有條不紊地工作，從而自動執行程序。

控制器一般由指令寄存器、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成。控制器的基本功能就是從內存取指令，對指令進行分析，給出執行指令時計算機各部件需要的操作控制命令。運算器在控制器的控制下，對取自內存或內部寄存器的數據進行算術或邏輯運算。

控制器和運算器合在一起被稱為中央處理器（CPU），它是計算機的核心。

3.存儲器

存儲器主要用來存放程序和數據。存儲器分為內存儲器和外存儲器兩種。計算機運行時需要CPU執行的程序和數據存放在內存中，運算的中間結果和最終結果也要送至內存存放。需要長期保存的信息送到外存儲器中。

4.輸入設備

輸入設備用來接收用戶輸入的原始數據和程序，并將它們變為計算機能識別的二進制數存放到內存中。

5.輸出設備

輸出設備用于將存放在內存中的數據轉變為聲音、文字、圖像等易于被人們理解的表現形式。