馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)(英語：Von Neumann architecture)，也稱馮·諾伊曼模型(Von Neumann model)或普林斯頓結(jié)構(gòu)(Princeton architecture)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的電腦設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。本詞描述的是一種實(shí)現(xiàn)通用圖靈機(jī)的計(jì)算設(shè)備，以及一種相對(duì)于并行計(jì)算的序列式結(jié)構(gòu)參考模型(referential model)。

本結(jié)構(gòu)隱約指導(dǎo)了將存儲(chǔ)設(shè)備與中央處理器分開的概念，因此依本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的計(jì)算機(jī)又稱存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)。

歷史

最早的計(jì)算機(jī)器僅內(nèi)含固定用途的程序?，F(xiàn)代的某些計(jì)算機(jī)依然維持這樣的設(shè)計(jì)方式，通常是為了簡(jiǎn)化或教育目的。例如一個(gè)計(jì)算器僅有固定的數(shù)學(xué)計(jì)算程序，它不能拿來當(dāng)作文字處理軟件，更不能拿來玩游戲。若想要改變此機(jī)器的程序，你必須更改線路、更改結(jié)構(gòu)甚至重新設(shè)計(jì)此機(jī)器。當(dāng)然最早的計(jì)算機(jī)并沒有設(shè)計(jì)的那么可編程。當(dāng)時(shí)所謂的“重寫程序”很可能指的是紙筆設(shè)計(jì)程序步驟，接著制訂工程細(xì)節(jié)，再施工將機(jī)器的電路配線或結(jié)構(gòu)改變。而存儲(chǔ)程序型電腦的概念改變了這一切。借由創(chuàng)造一組指令集結(jié)構(gòu)，并將所謂的運(yùn)算轉(zhuǎn)化成一串程序指令的運(yùn)行細(xì)節(jié)，讓此機(jī)器更有彈性。借著將指令當(dāng)成一種特別類型的靜態(tài)數(shù)據(jù)，一臺(tái)存儲(chǔ)程序型電腦可輕易改變其程序，并在程控下改變其運(yùn)算內(nèi)容。馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)程序型電腦是互相通用的名詞，其用法將于下述。而哈佛結(jié)構(gòu)則是一種將程序數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)概念，但是它并未完全突破馮.諾伊曼架構(gòu)。

存儲(chǔ)程序型概念也可讓程序運(yùn)行時(shí)自我修改程序的運(yùn)算內(nèi)容。本概念的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)之一就是可讓程序自行增加內(nèi)容或改變程序指令的存儲(chǔ)器位置，因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)都要用戶手動(dòng)修改。但隨著變址寄存器與間接位置訪問變成硬件結(jié)構(gòu)的必備機(jī)制后，本功能就不如以往重要了。而程序自我修改這項(xiàng)特色也被現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)所棄揚(yáng)，因?yàn)樗鼤?huì)造成理解與調(diào)試的難度，且現(xiàn)代中央處理器的管線與緩存機(jī)制會(huì)讓此功能效率降低。

從整體而言，將指令當(dāng)成數(shù)據(jù)的概念使得匯編語言、編譯器與其他自動(dòng)編程工具得以實(shí)現(xiàn)；可以用這些“自動(dòng)編程的程序”，以人類較易理解的方式編寫程序[1]；從局部來看，強(qiáng)調(diào)I/O的機(jī)器，例如Bitblt，想要修改畫面上的圖樣，以往是認(rèn)為若沒有客制化硬件就辦不到。但之后顯示這些功能可以借由“運(yùn)行中編譯”技術(shù)而有效達(dá)到。

此結(jié)構(gòu)當(dāng)然有所缺陷，除了下列將述的馮·諾伊曼瓶頸之外，修改程序很可能是非常具傷害性的，無論無意或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在一個(gè)簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)程序型電腦上，一個(gè)設(shè)計(jì)不良的程序可能會(huì)傷害自己、其他程序甚或是操作系統(tǒng)，導(dǎo)致死機(jī)。緩存溢出就是一個(gè)典型例子。而創(chuàng)造或更改其他程序的能力也導(dǎo)致了惡意軟件的出現(xiàn)。利用緩存溢出，一個(gè)惡意程序可以覆蓋調(diào)用堆棧(Call stack)并改寫代碼，并且修改其他程序文件以造成連鎖破壞。存儲(chǔ)器保護(hù)機(jī)制及其他形式的訪問控制可以保護(hù)意外或惡意的代碼更動(dòng)。

第一次提出及實(shí)現(xiàn)

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)這個(gè)詞出自約翰·馮·諾伊曼的論文：First Draft of a Report on the EDVAC[2]，于1945年6月30日。馮·諾依曼由于在曼哈頓工程中需要大量的運(yùn)算，從而使用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)Mark I和ENIAC，在使用Mark I和ENIAC的過程中，他意識(shí)到了存儲(chǔ)程序的重要性，從而提出了存儲(chǔ)程序邏輯架構(gòu)。雖然馮·諾伊曼的概念非常新穎，但馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)這個(gè)詞，對(duì)馮·諾伊曼的合作伙伴、時(shí)人甚至先輩都不公平。

一份康拉德·楚澤提出的專利應(yīng)用就已在1936年點(diǎn)出這類概念。而存儲(chǔ)程序型電腦的概念早在馮·諾伊曼知曉ENIAC的存在前就已在賓州大學(xué)的摩爾電機(jī)學(xué)院流傳了。此構(gòu)想的確實(shí)創(chuàng)立者永遠(yuǎn)是個(gè)謎。

赫曼·魯寇夫(Herman Lukoff)相信是艾克特創(chuàng)建此概念。

毛奇利(Mauchly)與艾克特(Eckert)在1943年于他們建造ENIAC時(shí)寫下關(guān)于存儲(chǔ)程序的概念，另外，ENIAC項(xiàng)目管理員布萊德(Grist Brainerd)在1943年12月為ENIAC做的進(jìn)度

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的突破冯诺依曼原理的计算机,冯诺依曼计算机的基本原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。