普林斯頓體系結構

普林斯頓體系結構

說到計算機的發展,就不能不提到美國科學家馮·諾依曼。從20世紀初,物理學和電子學科學家們就在爭論製造可以進行數值計算的機器應該採用什麼樣的結構。人們被十進制這個人類習慣的計數方法所困擾。所以,那時以研製模擬計算機的呼聲更為響亮和有力。20世紀30年代中期,美國科學家馮·諾依曼大膽的提出:拋棄十進制,採用二進制作為數字計算機的數制基礎。同時,他還說預先編制計算程式,然後由計算機來按照人們事前制定的計算順序來執行數值計算工作。

普林斯頓體系結構

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普林斯頓體系結構

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普林斯頓體系結構(Princetion architecture)又稱為馮"諾依曼結構
1945年,馮.諾曼首先提出了“存儲程式”的概念和二進制原理,後來,人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為“馮.諾曼型結構”計算機。馮.諾曼結構的處理器使用同一個存儲器,經由同一個匯流排傳輸。
馮.諾曼結構處理器具有以下幾個特點:
必須有一個存儲器
必須有一個控制器
必須有一個運算器,用於完成算術運算和邏輯運算;
必須有輸入和輸出設備,用於進行人機通信。
馮.諾曼的主要貢獻就是提出並實現了“存儲程式”的概念。由於指令和數據都是二進制碼,指令和運算元的地址又密切相關,因此,當初選擇這種結構是自然的。但是,這種指令和數據共享同一匯流排的結構,使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸,影響了數據處理速度的提高。
在典型情況下,完成一條指令需要3個步驟,即:取指令、指令解碼和執行指令。從指令流的定時關係也可看出馮.諾曼結構與哈佛結構處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令,指令1至指令3均為存、取數指令,對馮.諾曼結構處理器,由於取指令和存取數據要從同一個存儲空間存取,經由同一匯流排傳輸,因而它們無法重疊執行,只有一個完成後再進行下一個。

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