冯·诺依曼体系结构和图灵机
冯·诺依曼体系结构
美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。
体系结构
- (1)采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中，数据和程序在内存中是没有区别的,它们都是内存中的数据,当EIP指针指向哪 CPU就加载那段内存中的数据,如果是不正确的指令格式,CPU就会发生错误中断. 在现在CPU的保护模式中,每个内存段都有其描述符,这个描述符记录着这个内存段的访问权限(可读,可写,可执行).这就变相的指定了哪些内存中存储的是指令哪些是数据）。指令和数据都可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。
- (2)存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数是固定的。
- (3)指令由操作码和地址组成。操作码指明本指令的操作类型,地址码指明操作数和地址。操作数本身无数据类型的标志，它的数据类型由操作码确定。
- (4)通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址。指令计数器只有一个，一般按顺序递增，但执行顺序可按运算结果或当时的外界条件而改变。
- (5)以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。
- (6)数据以二进制表示。
特点
- (1)计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示
- (2)顺序执行程序
- (3)计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
瓶颈
程序内存和数据内存之间的共享总线导致了冯诺依曼瓶颈，即中央处理器(CPU)和内存之间的有限吞吐量(数据传输速率)与内存的数量相比。因为单个总线一次只能访问两类内存中的一种，所以吞吐量低于CPU的工作速率。当CPU需要对大量数据执行最小的处理时，这严重限制了有效的处理速度。CPU不断地被迫等待所需的数据被传输到或从内存中。由于CPU速度和内存大小的增长速度比它们之间的吞吐量增长速度快得多，瓶颈已经成为一个更大的问题，这个问题的严重性随着新一代CPU的出现而增加。