存储程序。冯·诺依曼体系结构的计算机,其基本设计思想就是存储程序和程序控制。
采用存储程序方式,这是冯·诺依曼思想的核心内容。它意味着事先编制程序,事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。
计算机的工作体现为执行程序,计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。
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冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。
由于指令和数据都是二进制码,指令和操作数的地址又密切相关,因此,当初选择这种结构是自然的。但是,这种指令和数据共享同一总线的结构,使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈,影响了数据处理速度的提高。
在典型情况下,完成一条指令需要3个步骤,即:取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。
举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令,指令1至指令3均为存、取数指令,对冯·诺曼结构处理器,由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取,经由同一总线传输,因而它们无法重叠执行,只有一个完成后再进行下一个。
参考资料来源:百度百科-冯·诺依曼计算机
参考资料来源:百度百科-冯·诺依曼结构
冯·诺依曼计算机工作原理的核心是存储程序和程序控制。
采用二进制形式表示数据和指令:在存储程序的计算机中,数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别。都是由0和1组成的代码序列,只是各自约定的含义不同而已。
计算机在读取指令时,把从计算机读到的信息看作是指令;而在读取数据时,把从计算机读到的信息看作是操作数。数据和指令在软件编制中就已加以区分,所以正常情况下两者不会产生混乱。
采用存储程序方式:这是冯·诺依曼思想的核心内容。如前所述,它意味着事先编制程序,事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。
计算机的工作体现为执行程序,计算机功能的扩展在很大程度上也体现为所存储程序的扩展。计算机的许多具体工作方式也是由此派生的。
冯·诺依曼机的这种工作方式,可称为控制流(指令流)驱动方式。即按照指令的执行序列,依次读取指令,然后根据指令所含的控制信息,调用数据进行处理。
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目前CPU的处理速度和内存容量的成长速率要远大于两者之间的流量,将大量数值从内存搬入搬出的操作占用了CPU大部分的执行时间,也造成了总线的瓶颈。
程序指令的执行是串行的,由程序计数器控制,这样使得即使有关数据已经准备好,也必须遵循逐条执行指令序列,影响了系统运行的速度;
存储器是线性编址,按顺序排列的地址访问,这是有利于存储和执行机器语言,适用于数值计算。但高级语言的存储采用的是一组有名字的变量,是按名字调用变量而非按地址访问,且高级语言中的每个操作对于任何数据类型都是通用的。
这些因素都导致了机器语言和高级语言之间存在很大的语义差距,这些语义差距之间的映射大部分都要由编译程序来完成,在很大程度上增加了编译程序的工作量。
冯·诺依曼体系结构计算机是为逻辑和数值运算而诞生的,它以CPU为中心,I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器,在数值处理方面已经达到很高的速度和精度,但对非数值数据的处理效率比较低,需要在体系结构方面有革命性突破。
参考资料来源:百度百科-冯·诺依曼计算机