Was ist die von Neumann-Struktur?

Die Von-Neumann-Struktur ist eine grundlegende Architektur der Computerarchitektur. Sie wurde in den 1940er Jahren von Neumann vorgeschlagen. Diese Struktur wird häufig in modernen Computern verwendet, einschließlich Personalcomputern, Servern, Supercomputern und mehr. Es bietet einen wichtigen Rahmen für Computerdesign und -implementierung. Obwohl es einige Einschränkungen aufweist, wird es in modernen Computern immer noch häufig verwendet und ist eine wichtige Grundlage für die Forschung und Entwicklung in der Informatik.

Das Betriebssystem dieses Tutorials: Windows 10-System, Dell G3-Computer.

Die von Neumann-Architektur ist eine Grundarchitektur der Computerarchitektur, die in den 1940er Jahren von John von Neumann vorgeschlagen wurde. Diese Struktur wird häufig in modernen Computern verwendet, einschließlich Personalcomputern, Servern, Supercomputern usw.

Die Kernidee der von Neumann-Architektur besteht darin, die Funktionen des Computers in Steuereinheiten und Speichereinheiten zu unterteilen und diese beiden über einen Datenbus zu verbinden. Die Steuereinheit ist dafür verantwortlich, die verschiedenen Komponenten des Computers zu steuern und zu koordinieren, ihren Betrieb zu steuern und Anweisungen auszuführen. Die Speichereinheit dient zur Speicherung von Anweisungen und Daten.

In der von Neumann-Architektur werden die Anweisungen und Daten des Computers in binärer Form im Speicher gespeichert und über Adressen abgerufen. Die Steuereinheit ruft Anweisungen aus dem Speicher ab und dekodiert sie zur Ausführung. Die Ergebnisse der Befehlsausführung können im Speicher abgelegt oder über den Datenbus an andere Komponenten übertragen werden.

Die Hauptmerkmale der von Neumann-Struktur sind wie folgt:

Gespeichertes Programm: Anweisungen und Daten werden auf die gleiche Weise im Speicher gespeichert, und der Computer kann die Anweisungen im Speicher nacheinander ausführen. Diese Art der Programmspeicherung macht den Computer flexibel und programmierbar und kann je nach Bedarf unterschiedliche Programme ausführen.

Sequentielle Ausführung: Der Computer führt Anweisungen nacheinander in der Reihenfolge aus, in der sie ausgeführt werden, eine Anweisung nach der anderen. Diese sequentielle Ausführungsmethode macht den Computer kontrollierbar und vorhersehbar und gewährleistet die Korrektheit und Zuverlässigkeit des Programms.

Trennung von Speicher und Recheneinheit: Der Speicher und die Recheneinheit sind getrennt. Der Speicher dient zur Speicherung von Anweisungen und Daten und die Recheneinheit dient zur Durchführung von Berechnungen und logischen Operationen. Durch diese Trennungsmethode ist der Computer hochgradig modular und skalierbar, und jedes Modul kann je nach Bedarf flexibel kombiniert und erweitert werden.

Einzelner Befehlsstrom, einzelner Datenstrom: Führen Sie jeweils einen Befehl aus und bearbeiten Sie jeweils nur einen Datensatz. Diese Einzelanweisungsstrom- und Einzeldatenstrommethode macht den Computer einfach und leicht verständlich und kann problemlos Parallelität auf Befehlsebene und Parallelität auf Datenebene durchführen.

Die Vorteile der von Neumann-Struktur sind ihre Einfachheit, Flexibilität und Skalierbarkeit. Es modularisiert die Kernfunktionen des Computers und verbindet sie über einen Datenbus, sodass die verschiedenen Komponenten des Computers miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten können. Durch diese Modularisierungs- und Kommunikationsmethode ist der Computer hochgradig konfigurierbar und skalierbar und kann je nach Bedarf flexibel kombiniert und erweitert werden.

Allerdings weist die von Neumann-Struktur auch einige Einschränkungen auf. Beispielsweise muss die Datenübertragung zwischen dem Speicher und der Recheneinheit über den Datenbus erfolgen, was zu Bandbreitenbeschränkungen bei der Datenübertragung führt und die Laufgeschwindigkeit des Computers beeinträchtigt. Da der Speicher und die Recheneinheit außerdem getrennt sind, ist die Zugriffsgeschwindigkeit des Speichers langsamer als die der Recheneinheit, was zu einem Speicherzugriffsengpass führen kann. Um diese Probleme zu lösen, wurden einige verbesserte Computerarchitekturen vorgeschlagen, z. B. mehrstufiger Cache, Pipeline, Superskalar usw.

Im Allgemeinen ist die von Neumann-Struktur die Grundlage der Computerarchitektur. Sie bietet einen wichtigen Rahmen für den Entwurf und die Implementierung von Computern. Obwohl es einige Einschränkungen aufweist, wird es in modernen Computern immer noch häufig verwendet und ist eine wichtige Grundlage für die Forschung und Entwicklung in der Informatik.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWas ist die von Neumann-Struktur?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!