由冯诺依曼体系所指导完成的计算机,必须有以下的几点功能:
能够把需要的程序和数据送至计算机中(由输入设备完成)能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力(由存储器完成)能够具备算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力(由运算器、控制器完成)能够按照要求将处理结果输出给用户(由输出设备完成)
冯诺依曼体系结构示意图:
我们可以看到,存储器和CPU是分开的,这就导致一个问题:CPU和存储器速率之间的问题无法调和。因为CPU是高速运算的,处理速率极快,而存储器没有CPU快,到CPU的数据传输速度慢,这会导致CPU经常空转等待数据传输,这样子是非常浪费资源的。
既然我们都知道了冯诺依曼体系存在的性能瓶颈,那么,如何解决呢?
现代计算机的结构
现代计算机在冯诺依曼体系结构基础上进行了修改,解决了CPU和存储设备之间的性能差异问题。下面是现代计算机的结构示意图:
可以看到,跟前面不一样的是,运算器、控制器和存储器组成了现代计算机的CPU。
存储器,从广义上,可以理解为存储数据的介质,包括磁带和硬盘。但是,这里的存储器主要是指围绕CPU的高速设备,包括寄存器和内存。现代计算机的结构,可以理解为以存储器为核心的结构。
关于存储器,还有很多需要理解的知识,我们会在后续文章里详细介绍。
总结
这一节,我们需要了解冯诺依曼体系的含义和它是如何产生的,还需要了解现代计算机的结构和特点以及它解决了什么问题。