冯诺依曼架构

定义

冯诺依曼架构是一种计算机体系结构，由数学家约翰·冯·诺依曼等人于一九四五年提出。其核心思想是存储程序：把指令和数据一同存放在同一个存储器中，计算机依次取出指令并执行，从而实现通用的自动计算。

原理

该架构由五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器与控制器合称中央处理器。计算机以「取指、译码、执行」的循环工作：控制器从存储器读取指令，译码后驱动运算器处理数据，再将结果写回存储器。由于指令和数据共享同一条总线，处理器在同一时刻只能进行取指或取数其中之一，这一瓶颈被称为冯诺依曼瓶颈。

意义

冯诺依曼架构奠定了现代计算机的基本范式，绝大多数通用计算机至今仍遵循这一模型。存储程序思想使计算机摆脱了为不同任务重新接线的限制，只需更换程序即可改变功能。为缓解其瓶颈，工程师发展出高速缓存、流水线和哈佛架构等改进，但存储程序的核心理念始终是计算机设计的根基。