馮·諾依曼計算機

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馮·諾依曼計算機是全國科學技術名詞審定委員會公布的科技類名詞。

在漢字的歷史上，人們通常把秦代之前留傳下來的篆體文字和象形文字稱為「古文字」，而將隸書和之後出現的字體稱為「今文字」。因此，「隸變」就成為漢字由古體（古文字）演變為今體（今文字）的分界線。

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名詞解釋

馮·諾依曼機（von Neumann machine），又稱馮·諾依曼計算機，根據馮·諾依曼提出的存儲程序概念設計的計算機。主要特徵是：指令與數據都以二進制形式儲存在存儲器里；指令根據其儲存的順序執行。

馮·諾伊曼結構（von Neumann architecture），也稱馮·諾伊曼模型（Von Neumann model）或普林斯頓結構（Princeton architecture），是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合併在一起的計算機設計概念結構。依據馮·諾伊曼結構設計出的計算機稱做馮.諾依曼計算機，又稱存儲程序計算機。

馮·諾依曼型計算機一般具有以下五個功能：必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運算結果的能力；能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加工處理的能力；能夠根據需要控制程序走向，並能根據指令控制機器的各部件協調操作；能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。

馮·諾依曼型計算機從本質上講是採取串行順序處理的工作機制，即使有關數據已經準備好，也必須逐條執行指令序列。而提高計算機性能的根本方向之一是並行處理。因此，近年來人們謀求突破傳統馮·諾依曼體制的束縛，這種努力被稱為非諾依曼化。對所謂非諾依曼化的探討仍在爭議中，一般認為它表現在以下三個方面的努力。

（1）在馮·諾依曼體制範疇內，對傳統馮·諾依曼機進行改造，如採用多個處理部件形成流水處理，

依靠時間上的重疊提高處理效率；又如組成陣列機結構，形成單指令流多數據流，提高處理速

度。這些方向已比較成熟，成為標準結構；

（2）用多個馮·諾依曼機組成多機系統，支持並行算法結構。這方面的研究目前比較活躍；

（3）從根本上改變馮·諾依曼機的控制流驅動方式。例如，採用數據流驅動工作方式的數據流計算機，只要數據已經準備好，有關的指令就可並行地執行。這是真正非諾依曼化的計算機，它為並行處理開闢了新的前景，但由於控制的複雜性，仍處於實驗探索之中。

馮·諾依曼結構

馮·諾依曼體系結構的計算機，其基本設計思想就是存儲程序和程序控制。

特點

採用二進制形式表示數據和指令：在存儲程序的計算機中，數據和指令都是以二進制形式存儲在存儲器中的。從存儲器存儲的內容來看兩者並無區別．都是由0和1組成的代碼序列，只是各自約定的含義不同而已。計算機在讀取指令時，把從計算機讀到的信息看作是指令；而在讀取數據時，把從計算機讀到的信息看作是操作數。數據和指令在軟件編制中就已加以區分，所以正常情況下兩者不會產生混亂。有時我們也把存儲在存儲器中的數據和指令統稱為數據，因為程序信息本身也可以作為被處理的對象，進行加工處理，例如對照程序進行編譯，就是將源程序當作被加工處理的對象。

採用存儲程序方式：這是馮·諾依曼思想的核心內容。如前所述，它意味着事先編製程序，事先將程序(包含指令和數據)存入主存儲器中，計算機在運行程序時就能自動地、連續地從存儲器中依次取出指令且執行。這是計算機能高速自動運行的基礎。計算機的工作體現為執行程序，計算機功能的擴展在很大程度上也體現為所存儲程序的擴展。計算機的許多具體工作方式也是由此派生的。馮·諾依曼機的這種工作方式，可稱為控制流(指令流)驅動方式。即按照指令的執行序列，依次讀取指令，然後根據指令所含的控制信息，調用數據進行處理。因此在執行程序的過程中，始終以控制信息流為驅動工作的因素，而數據信息流則是被動地被調用處理。為了控制指令序列的執行順序，設置一個程序(指令)計數器PC(Program Counter)，讓它存放當前指令所在的存儲單元的地址。如果程序現在是順序執行的，每取出一條指令後PC內容加l，指示下一條指令該從何處取得。如果程序將轉移到某處，就將轉移的目標地址送入PC，以便按新地址讀取後繼指令。所以，PC就像一個指針，一直指示着程序的執行進程，也就是指示控制流的形成。雖然程序與數據都採用二進制代碼，仍可按照PC的內容作為地址讀取指令，再按照指令給出的操作數地址去讀取數據。由於多數情況下程序是順序執行的，所以大多數指令需要依次地緊挨着存放，除了個別即將使用的數據可以緊挨着指令存放外、一般將指令和數據分別存放在該程序區的不同區域內。