[科普中国]-存储程序控制-

发展

虽然计算机技术发展很快，但存储程序原理至今仍然是计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式——编写程序和运行程序。科学家们一直致力于提高程序设计的自动化水平，改进用户的操作界面，提供各种开发工具、环境与平台，其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程来使用计算机，因为计算机编程毕竟是一项复杂的脑力劳动。但不管用户的开发与使用界面如何演变，存储程序控制原理没有变，它仍然是我们理解计算机系统功能与特征的基础。

20世纪30年代中期，1冯·诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。冯·诺依曼和同事们设计出了一个完整的现代计算机雏形，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。冯·诺依曼的这一设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑，标志着计算机时代的真正开始。冯·诺依曼成功将其理论运用在计算机的设计之中，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机，世界上第一台冯·诺依曼式计算机是吸收了冯·诺依曼设计思想的剑桥大学于1949年研制的EDSAC，由于他对现代计算机技术的突出贡献，因此冯·诺依曼又被称为“计算机之父”，存储程序控制原理又称冯·诺依曼原理。

工作原理首先，把程序和数据通过输入输出设备送入内存。一般的内存都是划分为很多2存储单元，每个存储单元都有地址编号，这样按一定顺序把程序和数据存起来，而且还把内存分为若干个区域，比如有专门存放程序区和专门存放数据的数据区。其次，执行程序，必须从第一条指令开始，以后一条一条地执行。

一般情况下按存放地址号的顺序，由小到大依次执行，当遇到条件转移指令时，才改变执行的顺序。每执行一条指令，都要经过三个步骤：第一步，把指令从内存中送往译码器，称为取指；第二步，译码器把指令分解成操作码和操作数，产生相应的各种控制信号送往各电器部件；第三步，执行相应的操作。这一过程是由电子路线来控制，从而实现自动连续的工作。在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令。

理论要点存储程序的思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

存储程序控制的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

根据存储程序控制结构构成的计算机，必须具有如下功能：

1、把需要的程序和数据送至计算机中；

2、必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力；

3、能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；

4、能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；

5、能够按照要求将处理结果输出给用户。

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：

1、输入数据和程序的输入设备；

2、记忆程序和数据的存储器；

3、完成数据加工处理的运算器；

4、控制程序执行的控制器；