冯诺依曼体系结构要点具体是什么样子的

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-02-14 06:30 标签： 解释冯诺依曼体系结构
1、冯&诺依曼结构体系的要点
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ENIAC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计算机之父。
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工处理的能力。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。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：输入数据和程序的输入设备、记忆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。
（摘自百度百科）
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冯·诺依曼计算机结构的特点是什么？
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确认密码：2、冯.诺依曼体系结构的局限和新的体系结构
1、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，限制了计算机的进一步的发展。
2、冯·诺依曼计算机的软件和硬件完全分离，适用于作数值计算。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，这成了计算机面临的一大难题和发展障碍。
3、由于机器语言与高级语言存在严重的语义间隔，不管你在高级语言中采用何种数据结构，多维数组、二叉树还是图，最终在存储器上都将转换成一维的线性存储模型进行存储。因而将高级语言翻译成机器语言就需要设计复杂的算法来进行映射，将高级语言的指令和数据结构变换成能被计算机识别的指令和数据。这些语义差距间的变换工作绝大部分要由编译程序来承担，从而给编译程序增加了很多的工作量。
4、冯.诺依曼计算机一维存储模型要求CPU访问MEMORY时严格按照地址顺序，从头至尾进行查找访问。而指令和数据是离散地存储在存储器上的，造成内存访问50%以上的微操作都是空操作，只作地址变化，而没有进行实际的存取操作。这些都浪费了大量的处理器时间。
5、冯.诺依曼体系结构的最大特点是“共享数据，串行执行”的一维计算模型。按照这种结构，指令和数据存放在共享的存储器中内，CPU从中取出指令和数据进行相应的运算。由于存储器存取速度远低于CPU运算速度，而且每一时刻只能访问存储器的一个单元，从而使计算机的运算速度受到很大限制，CPU与共享存储器间的数据交换造成了影响高速计算和系统性能的“瓶颈”。在实际程序中虽然可能存在大量的可以并行执行的指令，但是冯.诺依曼体系结构却难以支持这些指令的并行执行。这样的计算模型严重浪费了有限的计算机资源，不仅工作效率低而且容易形成提高性能的系统瓶颈，使得计算机的运算速度很难从根本上得到提高，成了制约计算机发展的枷锁。
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计算机性能的要求越来越高，这就亟待需要突破传统计算机体系结构的框架，寻求新的体系结构来解决实际应用问题。目前在体系结构方面已经有了重大的变化和改进，如并行计算机、数据流计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。
如并行计算机，它采用一种所谓的并行计算模型，将并行处理引入了计算机体系结构设计中。并行处理将一个传统串行处理的任务分解开来，并采用并行算法将其分配给多个处理器同时处理，即在同一时间间隔内增加计算机的操作数量。直觉上，我们认为串行计算模型解决不了的问题完全可以用并行计算模型来解决，甚至会想，并行计算机系统求解问题的速度将随着处理器数目的不断增加而不断提高，从而解决难解性问题，其实这是一种误解。当将一个问题分解到多个处理器解决时，由于算法中不可避免地存在必须串行执行的操作，从而大大限制了并行计算机系统的加速能力。根据阿达尔定律，当串行操作仅占全部操作1%时，即使CPU数目无穷多，也只能获得100倍串行执行的加速比。
这些新的非冯计算机体系结构，于传统冯.诺依曼体系结构相比较，在提高计算机性能上显现出了很大的优势。但仍然存在许多需要改进和突破的地方，计算机体系结构领域存在着很多发展机遇和挑战。
（摘自百度百科）
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