2.1.2　冯·诺依曼计算机的基本组成

自第一台计算机诞生以来，计算机的制造技术已经发生了翻天覆地的变化。但到目前为止，计算机硬件系统的构成依然基于冯·诺依曼原理。

冯·诺依曼设计思想可以概括为3点：

①计算机由5个基本部分组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

②程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示。

③采用存储程序的方式，任务启动时程序和数据同时送入内存储器中，计算机在无须操作人员干预的情况下，自动地逐条取出指令和执行任务。

数据在五大部件间传输需要有数据总线，如图2-3所示。图中实线为数据流，虚线为控制流。从图中可以看出，计算机以运算器为中心，输入、输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。

下面简单介绍冯·诺依曼计算机的组成部件。

1.运算器

运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件，主要由算术逻辑单元和一组寄存器构成。在控制器的控制下，它对内存储器或寄存器中的数据进行算术逻辑运算，再将结果送到内存储器或寄存器中。算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）的功能是进行算术运算和逻辑运算。算术运算指进行加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算指“与”“或”“非”等基本操作。

2.控制器

控制器是计算机的指挥中心，是发布命令的“决策机构”，它控制着整个计算机的各个部件有条不紊地工作，从而自动执行程序。

控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。控制器的基本功能就是从内存取指令，对指令进行分析，给出执行指令时计算机各部件需要的操作控制命令。运算器在控制器的控制下，对取自内存或内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算。

控制器和运算器合在一起被称为中央处理器（CPU），它是计算机的核心。

3.存储器

存储器主要用来存放程序和数据。存储器分为内存储器和外存储器两种。计算机运行时需要CPU执行的程序和数据存放在内存中，运算的中间结果和最终结果也要送至内存存放。需要长期保存的信息送到外存储器中。

4.输入设备

输入设备用来接收用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制数存放到内存中。

5.输出设备

输出设备用于将存放在内存中的数据转变为声音、文字、图像等易于被人们理解的表现形式。