linux学习笔记之冯诺伊曼结构

冯诺伊曼体系

  冯诺伊曼体系由数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行和计算机。由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。冯诺伊曼体系是现代计算机的核心，没有他或许就没有我们现在使用的电脑，或者说计算机过于昂贵而支付不起。

输入设备

  输入设备常见的有鼠标，键盘，触摸板，网卡，磁盘等

输出设备

  输出设备有显示屏，网卡，硬盘等。同一个设备可能被划分为不同的组，例如进程向磁盘中写入数据时，磁盘是输出设备，当进程从磁盘读取数据就是输入设备。

存储器

  存储器分为两部分，一部分是内存，一部分是磁盘，与CPU传输处理数据的是内存，磁盘不会直接与CPU交换数据。所以当一个程序开始运行的时候，是先将存储在磁盘的二进制文件拷贝到内存中，然后在运行。

内存必要性

  内存与磁盘本质都是计算机用来存储的地方，但是采用上述方式而不直接用CPU控制硬盘，是为了效率与经济。

价格方面

  内存的价格相对于寄存器而言十分便宜，如果计算机全部采用寄存器造价可能要数万块钱，从而会大大减少使用计算机的人数，没有人使用计算机，就没有现在丰富多彩的网络世界了。

速度方面

  举个例子，CPU 的主频通常在 GHz 级别，内存读写速度一般在数 GB/s，而硬盘读写速度大多在百 MB/s 量级，就像高铁、火车、电动车的速度差异一样，差距巨大。如果CPU直接与硬盘做数据交互的话，由于木桶效应，那么会大大的减小效率。

总而言之，正是由于存在冯诺伊曼体系才为现代精彩的网络世界做了铺垫。

冯诺伊曼示例

  假如现在有两个人利用网络发送信息，那么可以利用上述抽象的体系理解如下图。其中数据的处理一定离不开CPU数据的发送也离不开CPU。

冯诺伊曼体系发展趋势

emsp; 冯·诺依曼结构开启了计算机系统结构发展的先河，但是因为其集中、顺序的的控制而成为性能提高的瓶颈，冯·诺依曼体系结构的局限已经严重束缚了现代计算机的进一步发展，而非数值处理应用领域对计算机性能的要求越来越高，这就亟待需要突破传统计算机体系结构的框架，寻求新的体系结构来解决实际应用问题。