UC头条：深入浅出讲解计算机原理

当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构，所以冯诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

冯诺依曼体系结构特点：

(1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示

(2)顺序执行程序

计算机运行过程中，把要执行的程序和处理的数据首先存入主存储器（内存），计算机执行程序时，将自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行，这一概念称作顺序执行程序。

(3)计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

对于初学者我们应该如何理解冯诺依曼体系呢？

当年第一台计算机ENIAC造出时采用的是十进制，用了18000多只电子管，有资料说是不到18000只，总之是用了很多的电子管。但是为啥现在的计算机都采用了二进制，那是因为冯·诺依曼提出了二进制，那为啥冯·诺依曼会提出二进制，那是因为二进制能大大简化计算机的线路。咱们先看下十进制与二进制的对应关系。

二进制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001

十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

为了简化问题，我们可以把电子管想象成小灯泡，小灯泡亮的时候代表1，不亮的时候代表0。如果用十进制代表9的话，则要9个小灯泡一起亮，才能代表数字9。然而用二进制表示的话，则只用4个小灯泡就可以，第1位和第4位的小灯泡亮，第2位和第3位的小灯泡不亮，这样就表示了1001。同理，表示数字7的话用3个亮着的小灯泡就可以了。这样就可以简化计算机的线路了，线路简化了，计算机出错的几率就大大降低了，可靠性自然就大大提高了。

关于二级制的逻辑控制它的数学基础是布尔代数，布尔代数是关于集合的运算，集合之间基本运算有交集，并集，补集。举个简单的例子，假设四年级有两个班，一班和二班。现在就有两个集合，一班和二班。现在我们要找四年级的全部男生，就是一班的男生和二班的男生的人数和，这个就是交集。如果我们要找四年级的全部学生，就是一班的学生加上二班的学生，这个就是并集。同时，一班是二班的补集，二班也是一班的补集。现在咱们假设有两种特殊的集合，其中一个集合只有元素1，另一个集合只有0，那么集合的运算就转换成了二进制的运算。其中交集变成了二进制的'与'用符号“&”表示，并集变成了二进制的'或'用“|”表示，补集变成了二进制的'非'用“!”表示。则结果为：1&0=0，1|0=1，!1=0

最后，咱们看一下，冯诺依曼那五大部件是如何一起工作的。在这里咱们做一个类比，就是把电脑当成人脑，咱们看看人脑是如何工作的。这里先假设把运算器、控制器、存储器都装入我们的大脑，我们的眼睛和耳朵是输入设备，因为眼睛是看的，耳朵是听的，当然是输入了。我们的嘴巴，手，腿都是输出设备。因为嘴巴是说话的，所以是输出，当然如果嘴巴吃饭的话，又成输入设备了，在这里咱们只用嘴巴说话的功能。我们上课的时候，老师讲着课呢，突然发现你走神了，于是老师叫你：小明，你给老师算一下2+3等于几。请注意：这个时候你的耳朵把这个信息输入给你的大脑，你大脑里有运算器、控制器、存储器，这时这个信息进入了存储器，存储器再把这个信息交给你大脑的运算器。你大脑的运算器经过复杂的运算，终于算出了结果等于5，于是通知你的输出设备嘴，把这个结果说了出来。上完了数学课，你又上了一节体育课，体育课上在玩篮球，你的同学把篮球传给你，请注意：这个时候你的眼睛作为输入设备将这个信号传给了大脑的存储器，然后存储器又把信号交给了大脑的控制器，然后大脑控制器发出了信号接球，这个时候你的输出设备手就执行了命令接球。以上就是五大部件一起工作的原理。在这里需要提出的是，五大部件中的存储器指的是内存，我们平时说的外存（主要指硬盘）既是输入设备又是输出设备。当我们读取硬盘数据的时候，硬盘就是输入设备，当我们存储数据的时候，硬盘就是输出设备。咱们平时说的CPU就包括了运算器和控制器。

希望这篇文章能对你有所帮助，以上都是本人根据自己的理解编写的，如有不正之处希望同行及时提出，不吝感激！