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根据“存储程序”的工作原理说明计算机的工作过程

发布时间:2019-07-07 23:51 来源:未知 编辑:admin

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  展开全部“存储程序”原理,是将根据特定问题编写的程序存放在计算机存储器中,然后按存储器中的存储程序的首地址执行程序的第一条指令,以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序结束执行。

  1945年,美藉匈牙利科学家冯·诺依曼(J.Von Neumann)提出的,是现代计算机的理 存储程序

  论基础。现代计算机已经发展到第四代,但仍遵循着这个原理。 存储程序和程序控制原理的要点是,程序输入到计算机中,存储在内存储器中(存储原理),在运行时,控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令(按地址顺序访问指令),然后分析指令,执行指令的功能,遇到转移指令时,则转移到转移地址,再按地址顺序访问指令(程序控制)。

  计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。冯·诺依曼结构(John von Neumann)也就是存储程序奠定了现代计算机的基本结构,其特点是: 1)使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。 2)存储单元是定长的线)存储空间的单元是直接寻址的。 4)使用低级机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作。 5)对计算进行集中的顺序控制。 6)计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。 7)彩二进制形式表示数据和指令。 8)在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中,然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。

  “电子计算机之父”的桂冠,被戴在数学家 冯·诺依曼(J.Von Neumann)头上, 而不是ENIAC的两位实际研究者,这是因为冯·诺依曼提出了现代电脑的体系结构。 1944年夏,戈德斯坦在阿贝丁车站等候去费城的火车,偶然邂逅数学家冯·诺依曼教授。戈德斯坦告诉他莫尔学院的电子计算机项目。

  从1940年起,冯·诺依曼就是阿贝丁试炮场的顾问。他向戈德斯坦表示,希望亲自到莫尔学院看看那台正在研制之中的机器。从此,冯· 诺依曼成为了莫尔小组的实际顾问,与小组成员频繁地交换意见。年轻人机敏地提出各种设想,冯·诺依曼则运用他渊博的学识,把讨论引向深入,并逐步形成电子计算机的系统 设计思想。 在ENIAC尚未投入运行前, 冯·诺依曼就看出这台机器致命的缺陷,主要弊端是程序 与计算两分离。程序指令存放在机器的外部电路里,需要计算某个题目,必须首先用人工 接通数百条线路,需要几十人干好几天之后,才可进行几分钟运算。 冯·诺依曼决定起草一份新的设计报告,对电子计算机进行脱胎换骨的改造。他把新 机器的方案命名为“离散变量自动电子计算机”,英文缩写是“EDVAC”。 1945年6月,冯 ·诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人,联名发表了一篇长达101页纸的报告,即计算机史上著名的“101页报告”,直到今天,仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件,并用二进制替代十进制运算。EDVAC方案的革命意义在 于“存储程序”,以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的 机器统称为“诺依曼机”。由于种种原因,莫尔小组发生令人痛惜的分裂,EDVAC机器无法被立即研制。1946年6月, 冯·诺依曼和戈德斯坦、 勃克斯回到普林斯顿大学高级研究院,先期完成了另一台 ISA电子计算机(ISA是高级研究院的英文缩写),普林斯顿大学也成为电子计算机的研究中心。

  直到1951年,在极端保密情况下,冯·诺依曼主持的EDVAC计算机才宣告完成,它不仅可应用于科学计算,而且可用于信息检索等领域,主要缘于“存储程序”的威力。 EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管,以1024个44比特水银延迟线来储存程序和 数据,消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3。 最早问世的内储程序式计算机既不是ISA,也不是EDVAC,英国剑桥大学威尔克斯(M.Wilkes)教授,抢在冯·诺依曼之前捷足先登。 威尔克斯1946年曾到宾夕法尼亚大学参加冯·诺依曼主持的培训班,完全接受了冯· 诺依曼内储程序的设计思想。回国后,他立即抓紧时间,主持新型电脑的研制,并于1949 年5月,制成了一台由3000只电子管为主要元件的计算机,命名为“EDSAC”(电子储存程序计算机)。威尔克斯后来还摘取了1967年度计算机世界最高奖——“图林奖”。

  在冯·诺依曼研制ISA电脑的期间,美国涌现了一批按照普林斯顿大学提供的ISA照片 结构复制的计算机。 如:洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC,伊利诺斯大学制造的 ILLAC。雷明顿·兰德公司科学家沃尔(W. Ware)甚至不顾冯·诺依曼的反对,把他研制 的机器命名为JOHNIAC(“约翰尼克” ,“约翰”即冯·诺依曼的名字)。冯·诺依曼的大名已经成为现代电脑的代名词,1994年,沃尔被授予计算机科学先驱奖,而冯·诺依曼本人则被追授予美国国家基础科学奖。

  “英国剑桥大学威尔克斯(M.Wilkes)研制的EDSAC”(电子储存程序计算机)。 洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC。 伊利诺斯大学制造的 ILLAC。雷明顿·兰德公司科学家沃尔(W. Ware)研制的机器JOHNIAC 以及早期的微处理器大多采用冯诺依曼结构,典型代表是Intel公司的X86微处理器。取指和去操作数都在同一总线上,通过分时服用的方式进行的。缺点是在高速运行时,不能达到同时取指令和取操作数,从而形成了传输过程的瓶颈。

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