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6.3.3 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是程序員所見到的計(jì)算機(jī)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，這是對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)比較抽象的描述。馮?諾伊曼于1946年提出了“存儲(chǔ)程序”的概念，他認(rèn)為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成，將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中以控制計(jì)算機(jī)的計(jì)算過程。人們將早期計(jì)算機(jī)稱為馮?諾伊曼計(jì)算機(jī)，它具有如下主要特征?
(1)計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心，除了完成運(yùn)算以外，機(jī)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送也要經(jīng)過運(yùn)算器；
(2)存儲(chǔ)器是字長固定的、順序線性編址的一維結(jié)構(gòu)；
(3)指令由操作碼和地址碼組成；
(4)數(shù)據(jù)和指令均用二進(jìn)制表示，且無區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中；
(5)指令是順序執(zhí)行的，即按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行。
以上這些特征奠定了計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)就是在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和提高的，其主要演變?nèi)缦拢?br />(1)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)從基于串行算法改進(jìn)為并行算法，從而出現(xiàn)了向量計(jì)算機(jī)、并行計(jì)算機(jī)、多處理機(jī)等；
(2)縮小了高級(jí)語言和機(jī)器語言的語言差距，出現(xiàn)了面向高級(jí)語言的機(jī)器和直接執(zhí)行高級(jí)語言的機(jī)器；
(3)硬件子系統(tǒng)與操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件相適應(yīng)，出現(xiàn)了面向操作系統(tǒng)的機(jī)器和數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)；
(4)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)指令驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和需求驅(qū)動(dòng)，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)流機(jī)器和歸約機(jī)；
(5)為了提高可靠性而研制出容錯(cuò)計(jì)算機(jī)；
(6)為了適應(yīng)特定環(huán)境，出現(xiàn)了專用計(jì)算機(jī)，如快速傅里葉變換機(jī)器、過程控制計(jì)算機(jī)等；
(7)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能分散化、專業(yè)化，出現(xiàn)了各種功能分布計(jì)算機(jī)，如外圍處理機(jī)等；
(8)出現(xiàn)了處理非數(shù)值信息的職能計(jì)算機(jī)。由此可見，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展突破了馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)的兩條最主要的約束：
(1)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息流動(dòng)是由指令驅(qū)動(dòng)的，而指令驅(qū)動(dòng)的順序是由程序計(jì)數(shù)器決定的；
(2)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要是面向數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。

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