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请写出冯·诺依曼型计算机的五大组成部分。

发布时间:2019-06-07 01:12 来源:未知 编辑:admin

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  知道合伙人互联网行家采纳数:7560获赞数:27309前端开发工程师向TA提问展开全部运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

  冯·诺依曼结构中计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5个硬件系统构成。

  ①运算器。计算机中进行算术运算和逻辑运算的主要部件,是计算机的主体。在控制器的控制下,运算器接收待运算的数据,完成程序指令指定的基于二进制数的算术运算或逻辑运算。

  ②控制器。计算机的指挥控制中心。控制器从存储器中逐条取出指令、分析指令,然后根据指令要求完成相应操作,产生一系列控制命令,使计算机各部分自动、连续并协调动作,成为一个有机的整体,实现程序的输入、数据的输入以及运算并输出结果。

  ③存储器。存储器是用来保存程序和数据,以及运算的中间结果和最后结果的记忆装置。计算机的存储系统分为内部存储器(简称内存或主存储器)和外部存储器(简称外存或辅助存储器)。主存储器中存放将要执行的指令和运算数据,容量较小,但存取速度快。外存容量大、成本低、存取速度慢,用于存放需要长期保存的程序和数据。当存放在外存中的程序和数据需要处理时,必须先将它们读到内存中,才能进行处理。

  ④输入设备。输入设备是用来完成输入功能的部件,即向计算机送入程序、数据以及各种信息的设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器和触摸屏等。

  ⑤输出设备。输出设备是用来将计算机工作的中间结果及处理后的结果进行表现的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和磁盘驱动器等。

  使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086,英特尔公司的其他中央处理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺依曼结构。

  1945年,冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理,后来,人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺依曼型结构”计算机。冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器,经由同一个总线传输。

  冯·诺曼结构处理器具有以下几个特点:必须有一个存储器;必须有一个控制器;必须有一个运算器,用于完成算术运算和逻辑运算;必须有输入和输出设备,用于进行人机通信。

  哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取数据,并进行下一步的操作(通常是执行)。程序指令存储和数据存储分开,可以使指令和数据有不同的数据宽度,如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度,而数据是8位宽度。

  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存储的,执行时可以预先读取下一条指令。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ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。

  哈佛结构是指程序和数据空间独立的体系结构,目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。

  例如最常见的卷积运算中, 一条指令同时取两个操作数, 在流水线处理时, 同时还有一个取指操作,如果程序和数据通过一条总线访问,取指和取数必会产生冲突,而这对大运算量的循环的执行效率是很不利的。哈佛结构能基本上解决取指和取数的冲突问题。而对另一个操作数的访问,就只能采用Enhanced哈佛结构了,例如像TI那样,数据区再split,并多一组总线。或向AD那样,采用指令cache,指令区可存放一部分数据。

  在DSP算法中,最大量的工作之一是与存储器交换信息,这其中包括作为输入信号的采样数据、滤波器系数和程序指令。例如,如果将保存在存储器中的2个数相乘,就需要从存储器中取3个二进制数,即2个要乘的数和1个描述如何去做的程序指令。DSP内部一般采用的是哈佛结构,它在片内至少有4套总线:程序的数据总线,程序的地址总线,数据的数据总线和数据的地址总线。这种分离的程序总线和数据总线,可允许同时获取指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器),而互不干扰。这意味着在一个机器周期内可以同时准备好指令和操作数。有的DSP芯片内部还包含有其他总线,如DMA总线等,可实现单周期内完成更多的工作。这种多总线结构就好像在DSP内部架起了四通八达的高速公路,保障运算单元及时地取到需要的数据,提高运算速度。因此,对DSP来说,内部总线是个资源,总线越多,可以完成的功能就越复杂。超级哈佛结构(superHarvard architecture,缩写为SHARC),它在哈佛结构上增加了指令cache(缓存)和专用的I/O控制器。

  哈佛结构处理器有两个明显的特点:使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存;使用独立的两条总线,分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径,而这两条总线之间毫无关联。

  改进的哈佛结构,其结构特点为:以便实现并行处理;具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,利用公用地址总线访问两个存储模块(程序存储模块和数据存储模块),公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输。

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