冯诺依曼体系结构简介

1、冯诺依曼体系结构简介个人文档：欢迎来到我的豆丁文档，请在阅读后给予评价 ？谢谢?冯诺依曼体系结构说到计算机的发展，就不能不提到德国科学家冯诺依曼。从 20世纪初，物理 学和电子学科学 家们就在争论制造可以进行数值讣算的机器应该采用什么样的结构。人们被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰。所以，那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。20世纪30年代中期，德国科学家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，他还说预先编制讣算 程序，然后山讣算机来按照人们事前制定的讣算顺序来执行数值计算工作。内容概述冯？诺依曼体系结构冯？诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进

2、制；计 算机应该按照 程序顺序执行。人们把冯？诺依曼的这个理论称为冯？诺依曼体系结 构。从EVIAC到当前最先进的 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il？算机之父。根据冯？诺依曼体系结构构成的计算机， 必须具有如下功能：把需要的程序和数 据送至计算机中。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。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加，处理的能力。能够根据需 要控制程疗：走向，并能根据指令控制机器的各部件 协调操作。能够按照要求将处理 结果输出给用户。:输人数据和程序的输入设备、为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括记忆

3、程序和数据的存储器、完成数据加工处理的运算器、控制程序执行的控制器、输出处理结果的输出设备。冯.诺依曼体系结构对计算机发展的限制从讣算机诞生那天起，冯.诺依曼体系结构占据着主导地位，儿十年来计算机体系结构理论并没有新理论出现。随着计算机应用范围的迅速扩大，使用讣算机解决的问题规模也越来越大，因此对计算机运算速度的要求也越来越高。而改进计算机的体系结构是提高计算机速度的重要途径，从而促进了计算机体系结构的发展，出现了诸如数据流结构、并行逻辑结构、归约结构等新的非冯诺依曼体系结构。冯？诺依曼体系结构冯?诺依曼体系结构是现代讣算机的基础，现在大多计算机仍是冯.诺依曼计算 机的组织结构,只是作了一些改

4、进而已， 并没有从根本上突破冯体系结构的束缚。冯.诺依曼也因此被人们称为“计算机之父”。然而由于传统冯.诺依曼计算机体系 结构天然所具有的局限性，从根本上限制了计算 机的发展。(1) 采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，(数据和程序在内存中是没有区别的，它们都是内存中的数据，当 EIP指针指向哪CPU就加载那段内存中的数据， 如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断.在现 在 CP= 二感谢您对我的支持，欢迎下次再来学习？:三祝您身体健康，生活愉快?个人文档:欢迎来到我的豆丁文档，请在阅读后给予评价 ？谢谢?U的保护模式中，每个内存段都其描述符，这个描述符记录着

5、这个内存段的访问权限(可读，可写，可执行),这最就变相的指定了哪个些内存中存储的是指令哪些是数据)指令和数据都可以送到运算器进行运算，即山指令组成的程序是可以修改的。(2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。(3)指令山操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型，地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型山操作码确定。(4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令讣数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。(5)以运算器为中

6、心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。冯？诺依曼体系结构(6)数据以二进制表示。从本质上讲，冯.诺依曼体系结构的本征属性就是二个一维性，即一维的计算模型和一维的存储模型，简单地说“存储程序”是不确切的。而正是这二个一维性，成就了现代计算机的辉煌，也限制了计算机的进一步的发展，真可谓“成也 冯，败也冯”。冯？诺依曼计算机的软件和硬件完全分离，适用于作数值讣算。这种计算机的机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔，称之为冯 ？依曼语义间隔。造成这个差距的其中一个重要原因就是存储器组织方式不同，冯？诺依曼机存储器是一维 的线性排列的单元，按顺序排列的地址访问。而 高级语言表示的存储器则是

7、一组有 名字的变量，按名字调用变量，不考虑访问方法，而且数据结构经常是多维的（如 数组，表格）。另外，在大多数高级语言中，数据和指令截然不同，并无指令可 以 像数据一样进行运算操作的概念。同时，高级语言中的每种操作对于任何数据类型都是通用的，数据类型属于数据本身，而冯.诺依曼机的数据本身没有属性标志，同一种操作要用不同的操作码来对数据加以区分。这些因素导致了语义的差距。如何消除如此大的语义间隔，这成了讣算机面临的一大难题和发展障碍。冯.诺依曼体系结构的局限严重束缚了现代计算机的进一步发展，而非数值处理应用领域对讣算机性能的要求越来越高，这就亟待需要突破传统讣算机体系结构的框架，寻求新的体系结构

8、来解决实际应用问题。LI前在体系结构方面已经有了重大的变化和改进，如文章开头提到的并行讣算机、 数据流讣算机以及量子计算机、DNA计算机等非冯计算机，它们部分或完全不同于传统的冯.诺依曼型计？算机，很 大程度上提高了计算机的计算性能。非诺依曼化必须看到，传统的冯？诺依曼型计算机从本质上讲是采取串行顺序处理的，作机制，即使有关数据匕经准备好，也必须逐条执行指令序列。而提高计算机性能的根本方向之一是并行处理。因此，近年来人们谋求突破传统冯？诺依曼体制的束 缚，这种努力被称为非诺依曼化。对所谓非诺依曼化 的探讨仍在争议中，一般认为 它表现在以下三个方面的努力。=感谢您对我的支持，欢迎下次再来学习？=二=我您身体健康，生活愉快？个人文档:欢迎来到我的豆丁文档，请在阅读后给予评价 ？谢谢?部件形成流水处(1)在冯？诺依曼体制范畴内，对传统冯 ？诺依曼机进行改造，如采用多个处理理,流，提高处理速度。这些方向已比较成熟，成为标准结构;依黑时间上的重叠提高处理效率；乂如组成阵列机结构，形成单指令流多数据比较活跃;用多个冯？诺依曼机组成多机系统，支持弁行算法结构。这方面的研究口前方式的数据流