Apakah struktur yang digunakan oleh sistem komputer arus perdana?

Struktur sistem komputer menggunakan struktur "Von Neumann". Struktur von Neumann, juga dikenali sebagai struktur Princeton, ialah struktur memori yang menggabungkan memori arahan program dan memori data Ia menggunakan logik binari, penyimpanan program dan pelaksanaan, dan komputer terdiri daripada lima bahagian (pengendali, pengawal, memori ,. peranti input, peranti output); ciri-ciri struktur ini ialah "storan program, data kongsi, pelaksanaan berurutan", yang memerlukan CPU untuk mendapatkan arahan dan data dari memori untuk melakukan pengiraan yang sepadan.

Persekitaran pengendalian tutorial ini: sistem Windows 7, komputer Dell G3.

Struktur sistem komputer arus perdana menggunakan struktur "Von Neumann".

Struktur von Neumann, juga dikenali sebagai struktur Princeton, ialah struktur memori yang menggabungkan memori arahan program dan memori data. Alamat storan arahan program dan alamat storan data menghala ke lokasi fizikal yang berbeza dalam memori yang sama, jadi lebar arahan dan data program adalah sama Contohnya, arahan program dan data pemproses pusat 8086 Intel adalah 16 bit luas.

Ahli matematik von Neumann mencadangkan tiga prinsip asas untuk pembuatan komputer, iaitu penggunaan logik binari, penyimpanan program dan pelaksanaan, dan komputer terdiri daripada lima bahagian (pengendali, pengawal, memori, peranti input, peranti output ), teori ini dipanggil seni bina von Neumann.

Sejarah Pembangunan

Sebelum kelahiran komputer, orang ramai mengalami kesesakan dalam ketepatan dan kuantiti pengiraan Permintaan untuk mesin sangat kuat, dan logik dan idea komputer von Neumann membimbingnya untuk mereka bentuk dan membina komputer elektronik tujuan am pertama dalam sejarah. Teori komputernya terutamanya dipengaruhi oleh asas matematiknya sendiri dan sangat matematik dan logik Dia secara amnya memanggil teori ini "teori logik komputer". Ideanya tentang program yang disimpan komputer adalah satu lagi inovasi hebatnya Dengan meletakkan program yang disimpan dalam memori dalaman, dia berjaya menyelesaikan masalah kapasiti penyimpanan komputer yang terlalu kecil dan kelajuan pengkomputeran yang terlalu perlahan pada masa itu.

Semasa Perang Dunia II, tentera AS memerlukan makmal untuk menyediakannya dengan hasil pengiraan intensif secara pengiraan. Jadi ada idea untuk membangunkan komputer elektronik. Menghadapi permintaan ini, Amerika Syarikat segera membentuk pasukan penyelidikan dan pembangunan, termasuk ramai jurutera dan ahli fizik, untuk cuba membangunkan komputer pertama di dunia (kemudian dipanggil mesin ENIAC). Walaupun teknologi elektronik paling canggih diguna pakai, terdapat kekurangan panduan prinsip. Pada masa ini, von Neumann muncul. Beliau mengemukakan satu aspek penting: struktur logik komputer. Von Neumann bermula dengan logik dan mengetuai pasukan untuk menambah baik ENIAC. Reka bentuk logiknya mempunyai ciri-ciri berikut:

(1) Mengasingkan litar dan reka bentuk logik untuk mewujudkan keadaan optimum untuk pembinaan komputer

(2) Mengasingkan sistem saraf peribadi dan komputer Digabungkan bersama, satu konsep baru dicadangkan iaitu komputer biologi.

Walaupun mesin ENIAC direalisasikan dengan teknologi terbaik di Amerika Syarikat malah dunia pada masa itu, ia menggunakan storan sementara dan menentukan unit aritmetik sebagai asas, jadi ia mempunyai banyak kekurangan, seperti ruang storan terhad, ketidakupayaan untuk menyimpan program, dsb., dan operasi Kelajuan adalah perlahan dan sememangnya tidak rasional. Von Neumann merumuskan pelan pengoptimuman berikut berdasarkan premis ini:

(1) Gunakan binari untuk melaksanakan operasi, yang sangat mempercepatkan komputer

(2) Simpan program, iaitu, melalui komputer Memori dalaman menyimpan program pengiraan. Dengan cara ini, pengaturcara hanya perlu menulis arahan pengkomputeran yang berkaitan melalui ingatan, dan komputer boleh segera melaksanakan operasi pengkomputeran, dengan sangat mempercepatkan kecekapan pengkomputeran.

Rajah struktur Von Neumann

Ciri-ciri

Bentuk struktur asas diikuti dengan perkembangan komputer moden Ia sentiasa merupakan struktur mesin von Neumann. Ciri-ciri struktur ini ialah "storan atur cara, data kongsi, dan pelaksanaan berjujukan", yang memerlukan CPU untuk mendapatkan semula arahan dan data daripada memori untuk melakukan pengiraan yang sepadan. Ciri-ciri utama ialah:

(1) Struktur pemproses tunggal, mesin berpusat pada unit aritmetik; (2) Mengamalkan idea penyimpanan program; 🎜>

(3 ) Arahan dan data boleh mengambil bahagian dalam operasi;

(4) Data dinyatakan dalam perduaan; (5) Mengasingkan sepenuhnya perisian dan perkakasan; 🎜> (6) Arahan diwakili oleh Terdiri daripada opcode dan operan;

(7) arahan dilaksanakan secara berurutan.

Keterbatasan

Kelajuan pertukaran maklumat antara CPU dan memori bersama telah menjadi faktor utama yang mempengaruhi prestasi sistem, dan peningkatan kelajuan pertukaran maklumat dihadkan oleh kelajuan komponen storan, prestasi dan struktur memori dan banyak lagi keadaan lain.

Kaedah program tersimpan seni bina komputer von Neumann tradisional menjadikan sistem bergantung pada memori Kelajuan CPU mengakses memori menyekat kelajuan sistem. Tahap teknikal cip IC litar bersepadu menentukan prestasi memori dan perkakasan lain. Untuk meningkatkan prestasi perkakasan, syarikat pembuatan cip yang diwakili oleh Intel Corporation telah berusaha keras dalam pengeluaran litar bersepadu dan telah mencapai keputusan teknikal yang hebat. Kini setiap 18 bulan, tahap penyepaduan IC meningkat dua kali ganda, prestasi meningkat dua kali ganda, dan harga produk turun separuh Ini adalah apa yang dipanggil "Undang-undang Moore." Corak ini telah bertahan selama lebih daripada 40 tahun dan dijangka berterusan untuk beberapa tahun lagi. Walau bagaimanapun, dua batasan asas yang dihadapi oleh produk elektronik wujud secara objektif: kelajuan cahaya dan sifat atom bahan. Pertama sekali, kelajuan penyebaran maklumat akhirnya akan bergantung pada kelajuan aliran elektron Aliran isyarat elektronik dalam komponen dan wayar akan menyebabkan kelewatan masa yang terlalu tinggi akan menyebabkan herotan isyarat, jadi kelajuan komponen tidak boleh terhingga meningkat sehingga mencapai kelajuan cahaya. Kedua, isyarat elektronik komputer disimpan dalam transistor yang diwakili oleh bahan kristal silikon Penambahbaikan dalam penyepaduan ialah transistor menjadi lebih kecil, tetapi transistor tidak boleh lebih kecil daripada isipadu satu atom silikon. Apabila teknologi semikonduktor secara beransur-ansur menghampiri had saiz proses silikon, peraturan yang diperoleh daripada Undang-undang Moore tidak akan digunakan lagi.

Analisis kelemahan struktur seni bina komputer von Neumann:

(1) Arahan dan data disimpan dalam memori yang sama, menyebabkan sistem terlalu bergantung pada memori. Jika pembangunan peranti storan dihalang, pembangunan sistem juga akan terhalang.

(2) Arahan disimpan dalam ingatan mengikut susunan pelaksanaannya, dan PC kaunter arahan menentukan alamat unit di mana arahan yang akan dilaksanakan terletak. Kemudian ambil arahan untuk melaksanakan tugas operasi. Jadi pelaksanaan arahan adalah bersiri. Mempengaruhi kelajuan pelaksanaan sistem.

(3) Memori dialamatkan secara linear mengikut akses alamat, dan akses alamat disusun mengikut urutan, yang kondusif untuk penyimpanan dan pelaksanaan arahan bahasa mesin, dan sesuai untuk pengiraan berangka. Walau bagaimanapun, memori yang diwakili oleh bahasa peringkat tinggi ialah satu set pembolehubah bernama Pembolehubah dipanggil mengikut nama dan tidak diakses oleh alamat. Terdapat jurang semantik yang besar antara bahasa mesin dan bahasa peringkat tinggi, yang dipanggil jurang semantik von Neumann. Menghapuskan jurang semantik telah menjadi masalah utama yang dihadapi oleh pembangunan komputer.

(4) Komputer seni bina Von Neumann dilahirkan untuk operasi aritmetik dan logik Pada masa ini, ia telah mencapai kelajuan tinggi dan ketepatan dalam pemprosesan berangka, manakala pembangunan aplikasi pemprosesan bukan angka adalah satu kejayaan besar dalam seni bina diperlukan.

(5) Struktur jenis von Neumann tradisional tergolong dalam kaedah pemacu kawalan. Ia melaksanakan kod arahan untuk memproses kod berangka Selagi arahan itu jelas dan data input adalah tepat, ia akan berjalan secara automatik selepas memulakan program dan hasilnya akan dijangka. Sebaik sahaja terdapat ralat dalam arahan dan data, mesin tidak akan mengubah suai arahan secara aktif dan menambah baik program. Walau bagaimanapun, banyak maklumat dalam kehidupan manusia adalah samar-samar, dan kejadian, perkembangan dan keputusan peristiwa tidak dapat diramalkan Kepintaran komputer moden tidak dapat mengatasi tugas yang rumit itu.

Untuk lebih banyak pengetahuan berkaitan, sila lawati ruangan Soalan Lazim!

Atas ialah kandungan terperinci Apakah struktur yang digunakan oleh sistem komputer arus perdana?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!