冯诺依曼型计算机的缺点及改进方法.pdf

冯诺依曼型计算机的缺点及改进方法 冯诺依曼型计算机自诞生以来，占据着主导地位，但其天然的局限性限制了计算机的发展。冯诺依曼计算机有四个主要部分：中央处理器、存储器、接口电路和外部设备，各部分之间的互连总线有地址总线、控制总线、双向数据线和输入输出线。电脑的信息数据采用二进制进行编码，将数据输入电脑时，是一个一个地按地址对号先后入座，经计算、处理，然后输出结果，这种串行方式比并行方式所需的各部件之间的互联线数目大大减少，从而简化了电路，使目前超大规模集成电路得以实现。但是，却使电脑丧失了实时处理的能力，因为串行方式延长了数据输入和处理的时间，从而限制了电脑的计算处理速度，这就是现在冯诺依曼型计算机所面临的“瓶颈”问题。 冯诺依曼型计算机以存储程序原理为基础，指令与数据混合存储，程序执行时，CPU在程序计数器的指引下，线性顺序地读取下一条指令和数据，以运算器为中心，这就注定了其本质特点是线性或是串行性。所以我认为冯诺依曼结构体系的“瓶劲”问题主要还是因为串性。 改善冯诺依曼型计算机的“瓶劲”问题的出路是使用并行技术，在指令运算处理及数据存储上都巧妙地运用并行技术。例如：存储器的访问不再用片选控制，而是可以任意地访问单元，在读写数据时用原子操作或事务处理的思想保证数据的一致性。 哈佛结构是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，以便实现并行处理。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码後得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作。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。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。 此外，还可以利用“光子技术”。在光子计算机中，光处理器利用光的高速和无干扰性，使用光学元件构成处理器。在光电脑中，同电气布线相比较，由于光的频率高，故可高速传递信息，而且还可利用多重波长、信息二维并列传送等，使信息传递能力大大提高。光纤方法有极好的并行性，能够同时并行处理二维信息，实现三维并行互连及并行处理，能克服冯·诺依曼结构的电子电脑的瓶颈效应，特别有利于图像信息的处理、传输。