为什么出现计算机。计算机是发展出来的。从电子管到晶体管到集成电路到超大规模集成电路,到未来的生物计算机,量子计算机。
早期计算机只含有固定用途的程序,这导致了,如果要改变工作内容,即程序,就需要重新设计结构电路。在没有通用计算机的当时,重新设计电路就很低效率。所以有了冯诺依曼的思想:
把程序存储起来,并且设计通用电路。当需要运行某个程序时,将程序和数据放入存储器中,把程序翻译成电路能理解的语言,让通用电路执行逻辑。这就是冯诺依曼思想的核心 “存储程序指令,设计通用电路”。
所以可以总结冯诺依曼体系是将程序指令和数据一起放入存储器的计算机设计概念。也就是说,用户只需要输入不同的程序被数据,就可以改变计算机的操作。
具体说就是,创造通用的指令集结构,将程序转化成一串指令的集合。指令作为一种特殊的静态数据,这使得一台计算机可以改变运行内容,而不用重新设计电路。
这是冯诺依曼的贡献。
冯诺依曼体系的基本组件:
- 存储器。存储运行时的程序和数据
- 程序计数器PC。执行到哪一步,下一步执行什么。能长期记忆程序数据中间结果以及最终结果
- 运算器。具备算术,逻辑运算和数据传送等数据加工处理能力
- I/O设备。能把所需程序和数据,传送至计算机中。能将计算结果传入,输出给用户
冯诺依曼体系的瓶颈:CPU和存储器速率之间的问题无法调和,CPU运算快,存储器速度慢。
所以有了现代计算机体系架构。但也是在冯诺依曼体系上改进的。为了解决上述瓶颈,将存储器加入到CPU中组成了现代的CPU。
所以现代计算机架构的核心,是以存储器。