存储程序是如何工作的？

存储程序工作原理是计算机科学中的一项核心概念，它奠定了现代计算机的基础，这一原理由美籍匈牙利科学家冯·诺依曼于1945年提出，是现代计算机设计的基础思想之一。

存储程序工作原理

存储程序工作原理的核心是将编好的程序和原始数据事先存入计算机的存储器中，然后启动计算机工作，计算机会自动按照程序的规定顺序逐条执行指令，直至程序结束执行，这一过程包括从存储器中取出指令、分析指令、执行指令，并按地址顺序访问下一条指令。

存储程序工作原理可以分为以下几个步骤：

1、程序与数据载入：在程序运行前，用户通过输入设备将编好的程序和原始数据输入到计算机的内存中，内存分为多个存储单元，每个单元都有唯一的地址编号，用于存储数据和指令。

2、指令执行：当计算机启动时，CPU从内存中的指定位置取出第一条指令，并送往控制器进行译码，控制器根据译码结果向计算机的各个部件发出相应的控制信号，指挥它们协同工作，完成该指令所规定的操作，CPU自动取出下一条指令并执行，如此循环往复，直至程序执行完毕。

3、结果输出：经过一系列指令的执行，计算机将处理结果存储在内存中或通过输出设备（如显示器、打印机等）呈现给用户。

存储程序的优势与局限性

优势：

1、灵活性高：存储程序工作方式使得计算机能够灵活地执行各种复杂的任务，只需更改内存中的程序即可实现不同的功能。

2、自动化程度高：一旦程序启动，计算机能够自动地、连续地执行指令，无需人工干预。

3、效率高：现代计算机采用高速缓存、流水线等先进技术，进一步提高了指令执行的速度和效率。

局限性：

1、初建费用大：为了实现存储程序工作方式，需要构建复杂的硬件系统和编写大量的软件程序，因此初期投入较大。

2、依赖性与稳定性：计算机的性能和稳定性高度依赖于存储器和CPU等关键部件的性能和稳定性，一旦这些部件出现故障，整个计算机系统可能无法正常工作。

3、安全性问题：存储程序工作方式也带来了一定的安全隐患，反面程序或干扰可能通过输入设备侵入计算机内存，破坏数据或干扰计算机的正常运行，需要采取有效的安全措施来保护计算机系统的安全。

存储程序的发展历程

虽然ENIAC是现代计算机的始祖，但它并没有采用现在通用计算机的工作原理——存储程序思想，在研制ENIAC的同时，以冯·诺依曼为首的研制小组提出了“存储程序控制”的计算机结构，并开始了存储程序控制的计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)的研制，由于种种原因，EDVAC直到1951年才问世，而吸收了冯·诺依曼的设计思想，由英国剑桥大学研制的EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Computer)先于它两年诞生，成为事实上的第一台存储程序的计算机。

几十年来，计算机体系结构发生了许多演变，但存储程序的概念仍是普遍采用的结构原则，现代计算机已经发展到第五代，但仍遵循着这个原理。

存储程序的技术特点

冯·诺依曼结构（John von Neumann）也就是存储程序奠定了现代计算机的基本结构，其特点是：

使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。

存储单元是定长的线性组织。

存储空间的单元是直接寻址的。

使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。

对计算进行集中的顺序控制。

计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。

采用二进制形式表示数据和指令。

在执行程序和处理数据时必须将程序和数据从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。

存储程序工作原理是计算机能自动控制处理的基础，它使得计算机能够灵活地执行各种复杂的任务，而不仅仅是进行简单的算术运算，自计算机出现至今的60多年来，虽然计算机的发展速度惊人，但就其结构原理来说，目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上，我们把符合存储程序概念的计算机统称为冯·诺依曼型计算机，随着计算机技术的不断发展，也出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机，统称为非冯·诺依曼结构计算机，如数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等。