【计算机组成与体系结构】(1)冯诺依曼体系

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一、引入

有时如果你把手机或者电脑拆开,你会发现二者在硬件上的组成差别都不大,这是因为他们都采用的是冯诺依曼体系结构(又称为程序存储计算器)。

首先,这里要区分一个概念就是组成(organization)和结构(structure)。之所以定义了这两个名词,是因为我们从不同的角度去看待计算机。计算机组成一般指硬件上的不同,而计算机体系结构一般是指 指令集体系结构(ISA)。ISA可以认为是程序员眼中的计算机,程序员可以不去考虑硬件上的组成,单纯思考如何去编写指令。我们经常说的x86与ARM就是两种不同的指令集。

与此同时,除了冯诺依曼体系结构,当然还有其他的体系,比如哈佛体系。他们最主要的区别当然是硬件上的不同。

二、框架

上面这幅图显示的就是冯诺依曼机的简化结构

我们可以发现冯诺依曼体系主要有一下几个特点:

1.硬件有五大部分组成:ALU、CU、Memory、I/O

2.在该体系结构下其指令与数据均由二进制代码表示(用二进制的原因主要还是因为底层硬件晶体管只有 打开与关闭两种状态)

3.指令与数据均以同等地位存储,按照地址寻访(与哈佛体系不同)

4.指令由操作码与地址码组成

5.指令按照顺序存储,按一般按照顺序执行

6。机器以ALU为中心。I/O设备与Memory的数据均要途径ALU

三、缺点

1.系统过分的依赖存储设备,因此软件的发展容易受到限制

2.指令在存储器中按照顺序执行,串行执行影响了程序的速度

3.不适合非数值数据的处理

下一讲,我将会和大家一起看看,程序在计算机里是如何执行的。



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