1.1.1 冯·诺依曼体系结构

虽然现在计算机的计算能力与早期的计算机相比已经有了很大的提升，但计算机所采用的体系结构基本上还是传统的冯·诺依曼体系结构（von Neumann architecture）。冯·诺依曼结构的计算机（简称为冯·诺依曼计算机）由存储、运算、控制、输入以及输出五个单元构成（如图1-1所示），其中，存储单元用于存储程序（指令序列）和数据[1]，运算单元用于进行算术/逻辑运算，控制单元用于控制程序的执行流程和根据指令向其他单元发出控制信号，输入单元和输出单元作为计算机与外界的接口，分别用于实现系统的输入和输出功能。

图1-1 冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼计算机的工作过程是：把待执行的程序通过输入单元装入存储单元中，控制单元从存储单元中逐条地取程序中的指令来执行，把其中的运算指令交给运算单元完成；程序在执行过程中从输入单元或存储单元中获得所需要的数据；程序执行中产生的临时结果保存在存储单元中，程序的最终执行结果通过输出单元输出。冯·诺依曼计算机的本质是通过不断地改变程序的状态来完成程序的功能，程序的状态由存储单元中的数据构成，状态的转换是通过程序中的指令对数据的操作来实现的。

冯·诺依曼计算机所能执行的指令主要包括：

•算术指令：进行加、减、乘、除等运算。

•逻辑指令：比较两个数据的大小等逻辑运算。

•数据传输指令：实现各单元之间的数据传输。

•流程控制指令：指定下一条指令在存储单元中的地址。通常情况下，计算机从某个存储地址开始依次取指令来执行（顺序执行）。流程控制指令可以通过转移、循环以及子程序调用来改变指令顺序执行这个默认行为。

从上述冯·诺依曼计算机所能执行的指令可以看出，程序设计的任务是十分艰巨的，它要把各种应用问题落实到用一些简单的指令来解决！