第9章 非冯 诺依曼计算机.ppt

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1、+2021/6/251计算机体系结构主讲：陈付龙第9章非冯·诺依曼计算机1945年6月，冯·诺伊曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”，是现代计算机科学发展里程碑式的文献。明确规定用二进制替代十进制运算，并将计算机分成五大组件，这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。1951年，EDVAC计算机宣告完成。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献，他被誉为“计算机之父”。出生1903年12月28日匈牙利布达佩斯逝世1957年2月8日美国华盛顿什么是冯·

2、诺伊曼计算机？又名：存储程序计算机最早是由著名数学家冯·诺伊曼等人在1946年总结并明确提出来的。在体系结构上的主要特点：以运算单元为中心采用存储程序原理存储器是按地址访问、线性编址的空间控制流由指令流产生指令由操作码和地址码组成数据以二进制编码“程序存储、顺序执行、二进制、五大部件组成、共享数据”VonNeumannarchitecture冯·诺伊曼结构，又名普林斯顿结构。出自约翰·冯·诺伊曼的论文：FirstDraftofaReportontheEDVAC冯·诺伊曼瓶颈：访存约翰·巴科斯在1977年ACM图灵奖得奖致词时提出：“……确实有一

3、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。”BornDecember3,1924Philadelphia,PennsylvaniaDiedMarch17,2007 (aged 82)Ashland,OregonFieldsComputerScienceInstitutionsIB

4、MAlmamaterColumbiaUniversityKnown forSpeedcodingFORTRANALGOLBackus-NaurformFunction-levelprogrammingNotableawardsACMTuringAwardDraperPrize冯·诺伊曼瓶颈：访存将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（vonNeumannbottleneck）：在CPU与内存之间的流量（数据传输率）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

5、巨大的数据集上执行一些简单指令时），数据流量就成了整体效率非常严重的限制。CPU将会在数据输入或输出内存时闲置。由于CPU速度远大于内存读写速率，因此瓶颈问题越来越严重。访存瓶颈的解决办法Cache分支预测流水技术…Harvardarchitecture哈佛结构是一种将程序指令储存和数据储存分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令储存器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据储存器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令储存和数据储存分开，数据和指令的储存可以同时进行，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Micro

6、chip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。Harvardarchitecture(Cont.)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储存的，执行时可以预先读取下一条指令。目前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，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11。什么是非冯计算机？非指令驱动，…从传统的指令驱动型改变为数据驱动型，出现了数据流机计算机

7、。从传统的指令驱动型改变为需求驱动型，出现各种图归约计算机。处理非数值化信息的智能计算机，自然语言、声音、图形和图象处理,虚拟现实处理等第五代计算机，由推理机和知识库机等组成。历经10年，召开过多次专题国际会议。神经网络计算机，仿生计算机，…计算模型P.C.Treleaven按控制机制计算模型可分为控制驱动、数据驱动、需求驱动和模式匹配四种类型。传统的系统结构是基于控制驱动和共享数据的计算模型——冯·诺依曼计算机数据流系统结构是基于数据驱动和消息传送的计算模型——数据流计算机图归约系统结构是基于需求驱动和共享数据的计算模型——归约机串归约系统结

8、构是基于需求驱动和消息传送的计算模型——归约机控制驱动模型这是传统的冯·诺依曼型结构基本特征：命令式语言程序顺序执行，指令的执行次序受指令计数器的控制