非冯诺依曼计算机机以什么为中心结构

1、简述冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程;答:冯诺依曼体系结构计算机的要点:计算机中的信息;2、何谓总线?计算机中有哪几类总线?简述其用途;答:计算机的总线(Bus)就是连接计算机硬件各部;公共通道;?地址总线(A_Bus):专用于在CPU、存储器;信号线传送的信息可以是从CPU到存储器或I/O端;储器或I/O端口到CPU(“读”操作),它是双向;?控
1、 简述冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程。 答:冯诺依曼体系结构计算机的要点:计算机中的信息(程序和数据)以二进制方式表示。程序预存储,机器自动执行。计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。计算机通过执行预存储在存储器中的程序来完成预定的运算。程序由计算机的指令序列构成,计算机在处理器的控制下,首先从存储器读取一条待执行的指令到处理器中,接下来分析这条指令,而后发出该指令对应的电平脉码序列,即执行该指令。并以此递归运行程序。 2、 何谓总线?计算机中有哪几类总线?简述其用途。 答:计算机的总线(Bus)就是连接计算机硬件各部件,用于计算机硬件各部件之间信息传输的公共通道。按照其传送信号的用途属性,总线可细分为:地址总线(Address Bus)、数据总线(Data Bus)和控制总线(Control Bus)三类。 ? 地址总线(A_Bus):专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送地址信息的信号线。此类信号线传送的信息总是从CPU到存储器或I/O端口,它是单向信号线。 ? 数据总线(D_Bus):专用于在CPU、存储器和I/O端口间传送数据信息的信号线。此类信号线传送的信息可以是从CPU到存储器或I/O端口(“写”操作),也可能是从存储器或I/O端口到CPU(“读”操作),它是双向信号线。 ? 控制总线(C_Bus):专用于CPU与其它部件之间传送控制信息和状态信息的信号线。此类信号线的构成比较复杂,传送的控制、状态信息可以是从CPU到其它部件,也可能是从其它部件到CPU。此类总线中的某些具体的线是单向的(或从CPU到其它部件,或反之),但作为总线来说,它是双向信号线。 3、中央处理器CPU是计算机的核心部件,主要功能是解释并执行计算机指令,完成数据处理和对计算机其他各部分进行控制。存储器是计算机系统中用来存储程序和数据的信息记忆部件。 4、嵌入式系统:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。简而言之,嵌入式系统就是嵌入到目标应用系统中、完成特定处理功能的专用计算机系统。 5嵌入式处理器分类嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统 1.何谓计算机体系结构? 答:计算机体系结构是对计算机较高层次的抽象,是摆脱具体电路的实现而主要着眼于计算机系统的逻辑特征、原理特征、结构特征和功能特征的抽象。 3.什么是RISC?什么是CISC?简述他们的特点与差别。 答:RISC是Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机。特点是指令系统精炼,处理器电路逻辑相对简单,且能够以更快的速度执行操作。对于负载的功能需要编程实现。 CISC是Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机。特点是指令系统中含有大量的类似于高级程序设计语言结构的复合功能指令。指令系统庞大,处理器硬件电路的复杂度。 21.存储器和IO端口统一编址和独立编址各有什么特点?ARM7处理器统一编址编址方式 答:统一编址方式---存储器单元资源和IO端口资源统一编址在一个地址空间。特点:按地址空间位置约定各分类资源,访问IO端口如同访问存储器单元,无需专用的IO访问指令。芯片上没有专用于IO访问的引脚。 独立编址方式---存储器资源和IO端口资源分别编址在两个地址空间,存储器地址空间和IO地址空间。特点:按资源分类的地址空间清晰,使用不同的指令访问存储器和IO端口,处理器指令系统中既有存储器访问指令,又有专用的IO访问指令。芯片上有专用于IO访问的引脚。 22.大端存储模式和小端存储模式的含义:高位数据存储在高地址字节,这种组织数据的存储方式称为‘小端模式’;另一种则反之,高位数据存储在低地址字节,这种组织数据的存储方式称为‘大端模式’; 8、ARM体系结构支持7种处理器模式,用户模式、系统模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式。ARM微处理器内共有37个32位的程序可访问寄存器物理资源,其中31个通用寄存器,6个状态寄存器。ARM中定义了复位、未定义指令、SWI(软中断)、预取指终止、预取数终止、irq以及fiq等7种异常。ARM7的异常处理:异常响应)处理器转入到ARM状态对应的异常模式;在该异常模式的SPSR、LR寄存器分别备份CPSR、PC的当前数据;重置CPSR和PC 9、ARM7TDMI支持哪几种指令集,各有什么特点? 答:ARM7TDMI支持32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集。ARM指令集效率高、功能全,但是代码密度低,所有ARM指令都是可以有条件执行的;Thumb指令集,功能上是ARM指令集的子集,Thumb状态下的ARM7TDMI(-S)仍然是32位的处理器,因此具有更高的代码密度;Thumb指令中仅有B指令具备条件执行功能。 1、解释“满堆栈”、“空堆栈”、“递增堆栈”和“递减堆栈”? ARM指令系统中是如何支持的? 答:满堆栈就是堆栈指针总是指向最后压入堆栈的数据的存储单元;空堆栈就是堆栈指针总是指向下一个将要放入数据的存储单元;递增堆栈就是堆栈底部位于低地址处,堆栈向高地址方向增长;递减堆栈就是堆栈底部位于高地址处,堆栈向低地址方向递减; ARM指令系统支持的是满递减堆栈 1、 请说明MOV指令与LDR加载指令的区别和用途。 答:MOV指令用于将8位位图立即数或寄存器数据传送到目标寄存器(Rd),也可用于移位运算等操作。LDR指令用于从存储器中加载一个数据到寄存器中。用于访问存储器操作。 解释B指令、BL指令与BX指令的功能差别?简述它们的应用场合。 答:B指令跳转到标号指定的地址执行程序。BL指令先将下一条指令的地址拷贝到R14中,然后跳转到标号指定地址运行程序。BX指令跳转到Rm指定的地址处执行程序,该指令用于处理器状态切换。 4、计算机语言:机器语言是一种用二进制代码表示指令和数据,能被机器直接识别的计算机语言。 5、如何在汇编程序中显示声明文字池?什么情况下需要显示声明文字池?一般应在程序的什么位置显示声明文字池?为什么? 答:使用LTORG汇编器伪指令用于显示声明一个文字池(literal pool)。实际应用中,如果ARM需要处理的操作数不符合8bit位图立即数的要求时,那么就需要使用文字池来存放这个常量。 在ARM汇编语言中,使用LDR加载指令相对寻址文字池中存放的任意32bit立即数。因为LDR指令的寻址范围是指令位置的前后4KB,所以如果LDR指令所在位置距离文字池超出4KB范围,那么需要在程序中的适当位置,使用LTORG伪指令显式声明文字池。解决方法:一般总可以在LDR伪指令前后4KB的范围内找到分支指令,文字池可声明在分支(B)指令之后的紧邻位置,因为B指令总是会将程序的执行转移到其它地方的,所以这样做不会影响代码的正常执行。 6、简述汇编程序设计的一般流程。○1分析问题,建立数学模型; ○2确定算法; ○3设计程序流程图; ○4合理分配寄存器、存储空间和外设资源; ○5编制程序; ○6调试程序; ○7形成文档; 7、实现汇编程序分支的关键语句有哪几条?分别用于什么场合? 答:汇编程序分支结构的实现是通过在运行时由机器根据不同的条件自动作出判断,选择执行相应的处理程序段。分支指令主要有BL指令、B指令和BX指令,分别用于调用子程序、直接跳转和带状态的跳转场合。 8、循环控制有哪几种方法?各有什么应用特点? 答:循环控制有两种方法。○1计数控制循环:通过计数循环次数,判断是否已达到预定次数,控制循环。适合已知循环次数的循环控制。○2条件控制循环:通过判断循环终止条件是否已成立,控制循环。适合仅知道结束条件的循环控制。
9、汇编子程序传递参数有哪几种方式?答: ○1寄存器传递参数方式; ○2存储区域传递参数方式; ○3堆栈传递参数方式;
10、用汇编语言编写程序将R0寄存器中的字数据分成4组,每组8位,然后分别存放到R1、R2、R3和R4中。 AREA
decode, CODE, READONLY ; 代码段名decode
; 程序的入口 start
LDR R0, =x
LDR R0, [R0]
MOV R1, #0xFF AND R1, R1, R0
; 取x的低八位 ; 取x的次低八位 ; 取x的次高八位 ; 取x的高八位 MOV R2, #0xFF AND R2, R2, R0, ROR #8 MOV R3, #0xFF AND R3, R3, R0, ROR #16
; 将x加载到寄存器R0
MOV R4, #0xFF
AND R4, R4, R0, ROR #24 stop
MOV R0, #0x18 LDR R1, =0x20026
这三条指令是ADS调试环境特约 ;程序运行结束返回编译器调试环境
; 数据段的名字Data SWI
0x123456 AREA
Data, DATA, READWRITE
; 结束 11、用汇编语言编写程序统计任意字符串包含的字符个数。(约定:字符串以0为结束标志)
count, CODE, READONLY ; 代码段名 count
CODE32 start
; 程序的入口 LDR R0, =string MOV R2, #0
R0指向字符串string中第一个字符 CONTI
LDRB R1, [R0]
将string中的一个字符加载到寄存器R1 CMP R1, #0 是否是字符串结束标志 ADDNE R2, R2, #1 如果不是,统计个数增加1 ADDNE R0, R0, #1
BNE CONTI LDREQ R3, =NUM
; 如果不是,指针拨向下一个字符
; 如果是,将统计的字符串个数,放入单元num
STREQ R2, [R3] stop
MOV R0, #0x18 LDR R1, =0x20026
这三条指令是ADS调试环境特约 ;程序运行结束返回编译器调试环境 100N?1 12、用汇编语言编写程序计算: AREA
sum2n, CODE, READONLY ; 代码段名sum2n
ENTRY 程序的入口
CODE32 Sum??2?Nstart
LDR R0, =sum
MOV R1, #0
MOV R2, #1
; R0指向存储单元sum
; R1存放累加和 ; R2初始化起始值 CONTI ADD R1, R1, R2, LSL #1
CMP R2, #100
ADDNE R2, R2, #1
; 实现R1=R1+R2*2 ; 判断R2是否等于100 ; 如果不等,R2累加1
; 如果相等,将累加和R1放入存储单元sum中 这三条指令是ADS调试环境特约 ;程序运行结束返回编译器调试环境
STREQ R1, [R0] stop
MOV R0, #0x18 LDR R1, =0x20026
0x123456 AREA
Data, DATA, READWRITE 数据段的名字Data sum DCD
END 结束 14读程序、文件名:TEST1.S;
功能:实现字符串拷贝功能
说明:使用ARMulate软件仿真调试
AREA Example1,CODE,READONLY声明代码段Example1
20设置拷贝字的个数
ENTRY标识程序入口
CODE32声明32位ARM指令 START LDR R0, = R0指向源数据块
LDR R1, = R1指向目的数据块
MOV wordcopy
R2, # R2需要拷贝的数据个数
LDR R3, [R0], #4 ; 从源数据块中取一个字,放入R3中,R0=R0+4 STR R3, [R1], #4 ; 将R3中的数据存入R1指向的存储 单元中,R1=R1+4 SUBS R2, R2, #1 ; R2计数器减1 BNE 如果R2不为0,则转向wordcopy处 MOV R0, #0x18; 程序运行结束返回编译器调试环境 LDR R1, =0x20026
SWI 0x123456 AREA
BlockData, DATA, READWRITE; 数据段的名字BlockData stop
AREA |.extra|, NOINIT, READWRITE; 未初始数据段的名字.extra data SPACE 1024
END 文件结束
第六章 1、主机与外设接口之间主要交互的三类信息:状态信息(输入) 用于标示设备的状态情况 。数据信息(输入/输出)-要传送的二进制目标数据。控制信息(输出) 控制外设的工作方式与具体操作。
对应于上述的三种信息,外设接口电路中的端口寄存器也分为了三类:状态端口(寄存器)、数据端口(寄存器)和控制端口(寄存器) 2、接口 与 端口:接口 和 端口是两个不同的概念 。接口 ---侧重于物理连接; 端口 --- 侧重于接口的内部工作方式。接口由若干个端口加上相应的控制电路构成。每个端口都对应与接口电路中的各个工作寄存器。外设通过接口连接入计算机系统,计算机通过端口访问控制外设工作。 3、处理器与外设之间的数据传送方式主要有:无条件数据访问方式,状态查询方式数据访问方式,中断方式数据访问方式和直接存储器访问(DMA)方式等几种方式。 4、无条件外设---输入设备总是准备好向CPU提供数据,输出设备总是准备好接收CPU送来的数据。 5、接口电路的主要功能:任何设备都不能长期占用系统总线;输入设备要经过三态缓冲器相连到系统总线;输出设备要经过数据锁存器相连到系统总线; 6、 状态查询方式的原理:在执行数据端口访问指令前,要先查询该设备的状态,当设备处于准备好状态时,CPU才执行对设备数据端口的输入/输出指令,与外设交换信息;否则,等待。中断方式数据访问 :当外设需要与CPU进行信息交换时,由外设主动向CPU发出数据传送请求信号(中断申请),CPU响应此请求信号后(中断响应),暂停正在执行的程序,转去执行该外设的数据输入/输出操作程序(中断服务程序----ISR),外设数据端口访问后,CPU再继续执行被暂停的程序(中断返回)。 7、 中断向量---- 中断服务程序(ISR)的入口地址;中断现场---- CPU响应中断离开主程序时,CPU的相关寄存器数据情况。中断响应 ---- CPU敏感并进入到ISR的一系列动作;中断返回 ---- CPU返回被中断主程序断点处继续执行主程序的一系列动作; 8、中断处理过程一般包括以下五个步骤:①中断请求、②中断响应、③断点保护、④中断处理和⑤中断返回。 9、例7-1:使用Timer0 作为1秒钟的定时器,产生周期为2秒,占空比为1:1的方波信号。 int main (void) {
PINSEL0 = PINSEL0 &( ~(3<<10))|(2<<10);
/*设置P0.5管脚为MAT0.1功能*/
T0CTCR = 0x00;
/* 设置Timer0工作在定时方式*/
/* 定时器设置为0
/* 时钟100预分频
T0MCR = 0x02<<3;
/* 设置T0MR1匹配后复位T0TC,无中断标志*/
T0MR1 = Fpclk / 100; /* 1秒钟定时 --- 匹配目标值*/
T0EMR |= 0xC2;
/* 设置Timer0发生MR1匹配时翻转MAT0.1位*/
while (1) ;
return 0; }
/* 启动定时器*/ 三亿文库包含各类专业文献、中学教育、专业论文、各类资格考试、生活休闲娱乐、行业资料、应用写作文书、15冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程等内容。 
 冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程_信息与通信_工程科技_专业资料。1、 简述冯诺依曼体系结构计算机的要点和工作过程。 答:冯诺依曼体系结构计算机的要点:计算机...  13.传统的冯?诺依曼计算机是以控制驱动方式工作,以数据驱动方式工作的典型计算机...计算向量点积: 其中,1→2→3→5 组成加法流水线,1→4→5 组成乘法流水线。...  1、 请简述冯诺依曼计算机体系结构 (1) 机器以运算器为中心 (2) 采用存储程序原理 (3) 存储器是按地址访问的、线性编址的空间。 ...  (1958 年~1963 年)是晶体管计算机,主要特 点:...3.简述冯.诺依曼原理的基本内容。 a 采用二进制数...答: 1、按住 shift 选中工作表,然后输入和修改,会...  共 10 分) (√)1.冯.诺依曼提出的计算机体系结构奠定了现代计算机的结构理论...控制器是按照人们预先确定的操作步骤,控制计算机各部件步 调一致的自动工作的功能...  5、 简述冯?诺依曼计算机结构及工作原理。 1) 结构:计算机硬件有运算器、控制...1) 在当前编辑文档设置插入点 2) 插入/文件 3) 在弹出的对话框选择需要插入...  使用的冯诺依曼计算机的架构将内存和计算单位,导致能 耗数据移动时,计算机的工作...分布式网络模型,在网络有一个相对统一的拓扑 结构, 只有少数枢纽或单一故障点的...  答:冯?诺依曼理论的要点包括:指令像数据那样存放在...诺依曼原理,冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件,其...格式使用二进制机器码表示;用程序存储控制方式工作。...扫二维码下载作业帮
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冯诺依曼结构计算机设计的重要思想,以及该结构主要组成部分及其功能.
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冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点:①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件.②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据.每条指令一般具有一个操作码和一个地址码.其中操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器中的地址.③将编好的程序送人内存储器中,然后启动计算机工作,计算机勿需操作人员干预,能自动逐条取出指令和执行指令.主要组成部分及功能:运算器:进行算术运算和逻辑运算的部件,运算数据以二进制格式给出,可以从存储器取出或来自输入设备,运算结果或写入存储器,或通过输出设备输出;存储器:存放数据及程序的部件,它通过地址线和数据线与其他部件相连;控制器:协调整个计算机系统的正常工作.主要包括指令寄存器、指令译码器及时序控制器等部件,运算器与控制器一般又称为中央处理部件CPU,它是计算机的核心部件;输入/输出设备:包括各类输入/输出设备及相应的输入/输出接口.
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冯·诺依曼结构计算机的设计思想是什么?
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冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点:(1)计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件.(2)计算机内部应采用二进制来表示指令和数据.每条指令一般具有一个操作码和一个地址码.其中操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器中的地址.(3)将编好的程序送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机无需操作人员干预,能自动逐条取出指令和执行指令.冯&S226;诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念,他的全部设计思想实际上是对“程序存储”概念的具体化.
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冯·诺依曼结构
结构也称,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同,如英特尔公司的8086的程序指令和数据都是16。
冯·诺依曼结构历史
最早的计算机器仅内含固定用途的程序。现代的某些计算机依然维持这样的设计方式,通常是为了简化或教
冯·诺依曼
育目的。例如一个计算器仅有固定的数学计算程序,它不能拿来当作文书处理软件,更不能拿来玩游戏。若想要改变此机器的程序,你必须更改线路、更改结构甚至重新设计此机器。当然最早的计算机并没有设计成那种可编程化。当时所谓的“重写程序”很可能指的是纸笔设计程序步骤,接着制订工程细节,再施工将机器的电路配线或结构改变。
而储存程序型电脑的概念改变了这一切。借由创造一组指令集结构,并将所谓的运算转化成一串程序指令的执行细节,让此机器更有弹性。接着将指令当成一种特别型态的静态资料,一台储存程序型电脑可轻易改变其程序,并在下改变其运算内容。
冯·诺伊曼结构与储存程序型电脑是互相通用的名词,其用法将于下述。而则是一种将程序资料与普通资料分开储存的设计概念。
储存程序型概念也可让程序执行时自我修改程序的运算内容。本概念的设计动机之一就是可让程序自行增加内容或改变程序指令的内存位置,因为早期的设计都要使用者手动修改。但随着索引与间接位置存取变成硬件结构的必备机制后,本功能就不如以往重要了。而程序自我修改这项特色也被现代程序设计所弃扬,因为它会造成理解与除错的难度,且现代的管线与快取机制会让此功能效率降低。
从整体而言,将指令当成资料的概念使得组合语言、与其他自动编程工具得以实现;可以用这些“自动编程的程序”,以人类较易理解的方式编写程序[1];从局部来看,强调的机器,例如,想要修改画面上的图样,以往是认为若没有客制化硬件就办不到。但之后显示这些功能可以借由“执行中编译”技术而有效达到。
此结构当然有所缺陷,除了下列将述的冯·诺伊曼瓶颈之外,修改程序很可能是非常具伤害性的,无论无意或设计错误。在一个简单的储存程序型电脑上,一个设计不良的程序可能会伤害自己、其他程序甚或是操作系统,导致死机。缓冲区溢位就是一个典型例子。而创造或更改其他程序的能力也导致了恶意软件的出现。利用缓冲区溢位,一个恶意程序可以覆盖调用(Call stack)并覆写程序码,并且修改其他程序档案以造成连锁破坏。内存保护机制及其他形式的存取控制可以保护意外或恶意的程序码更动。
冯·诺依曼结构介绍
说到计算机的发展,就不能不提到美国科学家。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计算的机器应该采用什么样的结构。人们被这个人类习惯的计数方法所困扰。所以,那时以研制的呼声更为响亮和有力。20世纪30年代中期,美国科学家冯·诺依曼大胆的提出:抛弃十进制,采用作为的数制基础。同时,他还说预先编制计算程序,然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。
人们把冯·诺依曼的这个理论称为。从EDVAC到当前最先进的计算机都采用的是。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。
人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器,经由同一个总线传输。
冯·诺依曼结构内容
冯·诺依曼结构特点
冯.诺依曼结构处理器具有以下几个特点:
1:必须有一个;2:必须有一个控制器;3:必须有一个,用于完成和;4:必须有输入设备和,用于进行人机通信。:另外,程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作
冯·诺依曼结构功能
根据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、和数据传送等数据加工处理的能力。
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,
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。
冯·诺依曼结构瓶颈
将CPU与内存分开并非十全十美,反而会导致所谓的冯·诺伊曼瓶颈(von Neumann bottleneck):在CPU与内存之间的流量(资料传输率)与内存的容量相比起来相当小,在现代电脑中,流量与CPU的工作效率相比之下非常小,在某些情况下(当CPU需要在巨大的资料上执行一些简单指令时),资料流量就成了整体效率非常严重的限制。CPU将会在资料输入或输出内存时闲置。由于CPU速度以及内存容量的成长速率远大于双方之间的流量,因此瓶颈问题越来越严重。而冯·诺伊曼瓶颈是约翰·巴科斯在1977年ACM图灵奖得奖致词时第一次出现,根据巴科斯所言:
“……确实有一个变更储存装置的方法,比借由冯·诺伊曼瓶颈流通大量资料更为先进。瓶颈这词不仅是对于问题本身资料流量的叙述,更重要地,也是个使我们的思考方法局限在‘一次一字符’模式的智能瓶颈。它使我们怯于思考更广泛的概念。因此编程成为一种计划与详述通过冯·诺伊曼瓶颈的字符资料流,且大部分的问题不在于资料的特征,而是如何找出资料。”
在CPU与内存间的快取内存抒解了冯·诺伊曼瓶颈的效能问题。另外,(branch predictor)算法的建立也帮助缓和了此问题。巴科斯在1977年论述的“智能瓶颈”已改变甚多。且巴科斯对于此问题的解决方案并没有造成明显影响。现代的以及面向对象编程已较少执行如早期Fortran一般会“将大量数值从内存搬入搬出的操作”,但平心而论,这些操作的确占用电脑大部分的执行时间。
冯·诺依曼结构主要贡献
的主要贡献就是提出并实现了“”的概念。由于指令和数据都是,指令和的地址又密切相关,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。从的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与处理方式的差别。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。
冯·诺依曼结构图
冯·诺依曼结构结构
的体系架构可以分为:冯·结构和
冯·诺依曼结构结构
使用的和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086,英特尔公司的其他中央处理器、ARM的ARM7、的也采用了冯·诺依曼结构。
1945年,首先提出了“存储程序”的概念和原理,后来,人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺依曼型结构”计算机。冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器,经由同一个总线传输。
冯·诺曼结构处理器具有以下几个特点:必须有一个存储器;必须有一个控制器;必须有一个运算器,用于完成算术运算和逻辑运算;必须有输入和输出设备,用于进行人机通信。
冯·诺依曼结构哈佛结构
是一种将程序指令存储和分开的存储器结构。首先到程序指令存储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取数据,并进行下一步的操作(通常是执行)。程序指令存储和数据存储分开,可以使指令和数据有不同的数据宽度,如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度,而数据是8位宽度。
哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的,执行时可以预先读取下一条指令。使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多,除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片,还有的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。
是指程序和数据空间独立的体系结构,目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。
例如最常见的卷积运算中, 一条指令同时取两个, 在流水线处理时, 同时还有一个取指操作,如果程序和数据通过一条总线访问,取指和取数必会产生冲突,而这对大运算量的循环的执行效率是很不利的。哈佛结构能基本上解决取指和取数的冲突问题。而对另一个操作数的访问,就只能采用Enhanced哈佛结构了,例如像TI那样,数据区再split,并多一组总线。或向AD那样,采用指令cache,指令区可存放一部分数据。
在中,最大量的工作之一是与存储器交换信息,这其中包括作为输入信号的、滤波器系数和程序指令。例如,如果将保存在存储器中的2个数相乘,就需要从存储器中取3个数,即2个要乘的数和1个描述如何去做的程序指令。DSP内部一般采用的是,它在片内至少有4套总线:程序的,程序的,数据的数据总线和数据的地址总线。这种分离的程序总线和数据总线,可允许同时获取(来自)和(来自数据存储器),而互不干扰。这意味着在一个内可以同时准备好指令和操作数。有的DSP芯片内部还包含有其他总线,如DMA总线等,可实现单周期内完成更多的工作。这种多就好像在DSP内部架起了四通八达的高速公路,保障运算单元及时地取到需要的数据,提高运算速度。因此,对DSP来说,是个资源,总线越多,可以完成的功能就越复杂。超级哈佛结构(superHarvard architecture,缩写为SHARC),它在哈佛结构上增加了指令cache()和专用的I/O控制器。
处理器有两个明显的特点:使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存;使用独立的两条总线,分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径,而这两条总线之间毫无关联。
改进的哈佛结构,其结构特点为:以便实现;具有一条独立的和一条独立的,利用公用地址总线访问两个存储模块(程序存储模块和模块),公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输。
冯·诺依曼结构两者区别
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。人们把的这个理论称为。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。
是为了高速数据处理而采用的,因为可以同时读取指令和数据(分开存储的)。大大提高了,缺点是结构复杂。通用微机指令和数据是混合存储的,结构上简单,成本低。假设是哈佛结构:你就得在电脑安装两块硬盘,一块装程序,一块装数据,内存装两根,一根储存指令,一根存储数据……
是什么结构要看的。51单片机虽然数据指令存储区是分开的,但总线是的,所以顶多算改进型的。ARM9虽然是哈佛结构,但是之前的版本也还是冯·诺依曼结构。早期的X86能迅速占有市场,一条很重要的原因,正是靠了这种实现简单,成本低的总线结构。处理器虽然上看是诺依曼结构的,但是由于内部CACHE的存在,因此实际上内部来看已经算是改进型哈佛结构的了。至于优缺点,哈佛结构就是复杂,对的连接与处理要求高,十分不适合外围存储器的扩展。所以早期通用CPU难以采用这种结构。而,由于内部集成了所需的存储器,所以采用哈佛结构也未尝不可。处理器,依托CACHE的存在,已经很好的将二者统一起来了。
冯·诺依曼结构争议
冯·诺伊曼结构这个词出自约翰·冯·诺伊曼的论文:First Draft of a Report on the EDVAC , 于日。由于在曼哈顿工程中需要大量的运算,从而使用了当时最先进的两台计算机Mark I和ENIAC,在使用Mark I和ENIAC的过程中,他意识到了存储程序的重要性,从而提出了存储程序逻辑架构。虽然冯·诺伊曼的创见非常新颖,但冯·诺伊曼结构这个词,对冯·诺伊曼的合作伙伴、时人甚至先辈都不公平。
一份寇兰德·宙斯(Konrad Zuse)提出的专利应用就已在1936年点出这类概念。而储存程式型电脑的概念早在冯·诺伊曼知晓ENIAC的存在前就已在宾州大学的摩尔电机学院流传了。此构想的确实创立者永远是个谜。
赫曼·鲁寇夫(Herman Lukoff) 相信是艾克特创建此概念。
毛奇利(Mauchly)与艾克特(Eckert)在1943年于他们建造ENIAC时写下关于储存程式的概念,另外,ENIAC计划管理员布莱德(Grist Brainerd)在1943年12月为ENIAC做的进度回报,就已隐约提及储存程式的概念(虽然也同时否决了在ENIAC实作的计划),他说“为了拥有最简单的实作计划以及不复杂的事务,ENIAC建造时后将不需要任何自动整备”。
当设计ENIAC时,它很清楚说明从读卡机或纸带读取指令是不够快的,因为ENIAC设计用于高速执行运算。因此ENIAC直接以电路管线设计程式,并在需要新程式时重新配接线路。设计师也很清楚他们需要更好的,因此在ENIAC建造期间第一份EDVAC的报告就已撰写完毕,并包含了储存程式的概念,此概念叙述程式指令储存在高速内存(水银延迟内存)中,因此可以在执行时快速存取。
艾伦·图灵在日讲演了一份包含程式储存型电脑(Pilot ACE)完整设计的论文。

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