(1) 采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令
在存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)中,數(shù)據(jù)和指令都是以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的。從存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的內(nèi)容來看兩者并無區(qū)別.都是由0和1組成的代碼序列,只是各自約定的含義不同而已。計(jì)算機(jī)在讀取指令時(shí),把從計(jì)算機(jī)讀到的信息看作是指令;而在讀取數(shù)據(jù)時(shí),把從計(jì)算機(jī)讀到的信息看作是操作數(shù)。數(shù)據(jù)和指令在軟件編制中就已加以區(qū)分,所以正常情況下兩者不會(huì)產(chǎn)生混亂。有時(shí)我們也把存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)和指令統(tǒng)稱為數(shù)據(jù),因?yàn)槌绦蛐畔⒈旧硪部梢宰鳛楸惶幚淼膶?duì)象,進(jìn)行加工處理,例如對(duì)照程序進(jìn)行編譯,就是將源程序當(dāng)作被加工處理的對(duì)象。
(2) 采用存儲(chǔ)程序方式
這是馮·諾依曼思想的核心內(nèi)容。如前所述,它意味著事先編制程序,事先將程序(包含指令和數(shù)據(jù))存入主存儲(chǔ)器中,計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序時(shí)就能自動(dòng)地、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令且執(zhí)行。這是計(jì)算機(jī)能高速自動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)的工作體現(xiàn)為執(zhí)行程序,計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展在很大程度上也體現(xiàn)為所存儲(chǔ)程序的擴(kuò)展。計(jì)算機(jī)的許多具體工作方式也是由此派生的。
馮·諾依曼機(jī)的這種工作方式,可稱為控制流(指令流)驅(qū)動(dòng)方式。即按照指令的執(zhí)行序列,依次讀取指令,然后根據(jù)指令所含的控制信息,調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此在執(zhí)行程序的過程中,始終以控制信息流為驅(qū)動(dòng)工作的因素,而數(shù)據(jù)信息流則是被動(dòng)地被調(diào)用處理。為了控制指令序列的執(zhí)行順序,設(shè)置一個(gè)程序(指令)計(jì)數(shù)器PC(Program Counter),讓它存放當(dāng)前指令所在的存儲(chǔ)單元的地址。如果程序現(xiàn)在是順序執(zhí)行的,每取出一條指令后PC內(nèi)容加l,指示下一條指令該從何處取得。如果程序?qū)⑥D(zhuǎn)移到某處,就將轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址送入PC,以便按新地址讀取后繼指令。所以,PC就像一個(gè)指針,一直指示著程序的執(zhí)行進(jìn)程,也就是指示控制流的形成。雖然程序與數(shù)據(jù)都采用二進(jìn)制代碼,仍可按照PC的內(nèi)容作為地址讀取指令,再按照指令給出的操作數(shù)地址去讀取數(shù)據(jù)。由于多數(shù)情況下程序是順序執(zhí)行的,所以大多數(shù)指令需要依次地緊挨著存放,除了個(gè)別即將使用的數(shù)據(jù)可以緊挨著指令存放外、一般將指令和數(shù)據(jù)分別存放在該程序區(qū)的不同區(qū)域內(nèi)。
(3) 由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并規(guī)定了這五部分的基本功能。
上述這些概念奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)思想,到目前為止,絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制,即馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)體制。
計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程
發(fā)展階段 | 發(fā)展時(shí)間 | 組成元件特征 |
第一代 | ( 1946-1957) | 電子管 |
第二代 | ( 1958-1964) | 晶體管 |
第三代 | ( 1965-1971) | 中小規(guī)模集成電路 |
第四代 | ( 1972-...) | 大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路 |
1. 字長
字長是計(jì)算機(jī)運(yùn)算部件一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長愈長,計(jì)算機(jī)的處理能力就愈強(qiáng)。
早期的微型計(jì)算機(jī)的字長為 16位,如: 80286等。
現(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)的字長為 32位,如 80386, 80486, PIV等。
對(duì)于數(shù)據(jù),字長愈長,運(yùn)算精度愈高;對(duì)于指令,字長愈長,則功能愈強(qiáng),而尋址的存儲(chǔ)空間也愈大。
2. 速度
不同配置的微型計(jì)算機(jī)按相同的算法執(zhí)行相同的任務(wù)所需要的時(shí)間可能是不同的,這和微型計(jì)算機(jī)的速度有關(guān)。
微型計(jì)算機(jī)的速度指標(biāo)可以用主頻和運(yùn)算速度來評(píng)價(jià)。
主頻也稱時(shí)鐘頻率,是指 CPU工作時(shí)的頻率。主頻是衡量微型機(jī)運(yùn)行速度的主要參數(shù),主頻越高,執(zhí)行一條指令的時(shí)間就越短,因而速度就愈快。
主頻一般以兆赫茲( MHz)為單位。目前的微機(jī)的主頻在 500MHz左右,高的可達(dá) 1000MHz左右,甚至更高。
運(yùn)算速度是以每秒百萬指令數(shù)( MIPS)為單位。這個(gè)指標(biāo)較主頻更能直觀的反映微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。
速度是一個(gè)綜合指標(biāo),影響微型計(jì)算機(jī)速度的因素還有許多,如存儲(chǔ)器的存取時(shí)間系統(tǒng)總線的時(shí)鐘頻率等。
3. 存儲(chǔ)系統(tǒng)容量
存儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括主存儲(chǔ)器(也稱內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(也稱外存)。內(nèi)存儲(chǔ)器容量是指為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的內(nèi)存總字節(jié)數(shù), CPU可直接訪問的大部分存儲(chǔ)空間。
存儲(chǔ)容量以字節(jié)( B)為單位,一個(gè)字節(jié)由 8位二進(jìn)制位組成。大部分都用 KB, MB, GB, TB等表示,具體換算公式為:
其中: Ti:第 i次無故障時(shí)間; N:故障總次數(shù)。
MTBF愈大,系統(tǒng)性能愈好。
5. 系統(tǒng)可維護(hù)性
計(jì)算機(jī)的可維護(hù)性以平均修復(fù)時(shí)間( MTTR)表示:
其中: Ti:第 i次故障修復(fù)時(shí)間 ;
M:修復(fù)總次數(shù)。
MTTR愈大,系統(tǒng)性能愈好。
6. 性價(jià)比
性價(jià)比是用來衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的概括性指標(biāo)。
性:指性能,代表計(jì)算機(jī)的使用價(jià)值,它包括計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、存儲(chǔ)器容量、存取周期。通道信息流量速率、輸入輸出設(shè)備的配置和計(jì)算機(jī)的可靠性。
價(jià):指價(jià)格,代表計(jì)算機(jī)的售價(jià)。
性價(jià)比愈大,表明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)愈好。
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