现代计算机大部分都是基于冯.诺依曼结构，冯.诺依曼结构是由出生于匈牙利的美国籍犹太人数学家约翰·冯·诺伊曼在1946年6月30号发表的论文中提出的。

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。

 

约翰·冯·诺伊曼

1、冯.诺依曼结构

冯·诺伊曼结构是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构。这个结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开的概念，因此依本结构设计出的计算机又称存储程序计算机。

 

冯.诺依曼结构

这个体系结构上主要特点有：

1）以运算单元为中心

2）采用存储程序原理

3）存储器是按地址访问、线性编址的空间

4）控制流由指令流产生

5）指令由操作码和地址码组成

6）数据以二进制编码

2、CPU

 

inter的CPU

CPU（Central Processing Unit）又称中央处理器，是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

3、存储设备

1）内存

 

内存条

计算机内存是与CPU直接交换数据的内部存储器，是典型的随机存取存储器(Random Access Memory，缩写：RAM), 它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。我们经常说电脑的内存是2G，4G等就是说的这个内存，电脑断电后内存中存储的数据就会消失。

2）硬盘

 

硬盘主要是用于存储大量文件，它不能直接与CPU交换数据，当读取硬盘文件时首先将文件加载到内存中，然后再由内存与CPU交换数据。硬盘一般容量比较大，都在上百G以上，电脑断电后硬盘中的文件数据不会消失。

4、输入设备

输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。主要有如下几种常见的输入设备。

 

输入设备

1）鼠标

2）键盘

3）扫描仪

4）手柄

5）数字相机

6）麦克风

5、输出设备

输出设备是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。主要有如下几种常见输出设备。

 

输出设备

1）显示器

2）扬声器

3）打印机

4）投影仪