有关计算机系统的一些东西

世界上第一台电子计算机 阿塔纳索夫-贝瑞计算机Atanasoff–Berry Computer,通常简称ABC计算机)是世界上第一台电子数字计算设备,不可编程,是用来求解线性方程组的。在它之后,宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台通用电子计算机——ENIAC,全称为Electronic Numerical Integrator And Computer(音译为:埃尼阿克)。通用是指可编程。

冯诺依曼提出了著名的“冯诺依曼结构”(也称之为:普林斯顿结构),该结构的核心思想是“存储程序”。将程序和原始数据提前编好,然后送入主存,启动执行之后,计算机在不需要人工干预的条件下,自动完成取指令然后执行指令的操作。在冯诺依曼结构中数据和程序是放在一起的,没有分开存储。因此数据和程序在形式上是一致的,但要求计算机能够区分程序和数据。冯诺依曼结构的计算机由存储器,运算器,控制器,输入输出设备组成。

哈佛结构:与冯诺依曼结构不同,哈佛结构将数据和程序分开存储。因此,它是一种并行的体系结构。它将程序保存在程序存储器中,数据保存在数据存储器中。因此与两个存储器相对应的是系统的4条总线,即程序和数据的数据总线和地址总线。这种分离的程序总线和数据总线的设计可允许在一个机器周期内同时获得指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器),从而提高了执行速度,提高了数据的吞吐率。同时这种设计可以使得指令和数据有不同的宽度。这样的设计可以使得取指令和执行指令同时进行。

流水线技术:流水线技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。该技术由Intel首次在486芯片中开始使用。ARM在早期的设计中采用了三级流水线的结构,后来的ARM11以后,采用了八级流水线结构。流水线的级数越多,那么同时能执行的指令也就越多。因此流水线结构也深刻的影响着现代CPU的频率。

RISC:RISC英文全称为“Reduced Instruction Set Computer”。中文即“精简指令集”。人们发现,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。(这个分布遵从了著名的二八原则),基于此,提出了RISC。,RISC构架的指令格式和长度通常是固定的,且指令和寻址方式少而简单、大多数指令在一个周期内就可以执行完毕。其次,RISC在结构设计上是一个载入/存储(load/store)的构架,只有载入和存储指令可以访问存储器,数据处理指令只能对寄存器的内容进行操作。(ARM正是如此,CPU不能直接访问内存,它只能使用LDR指令把数据从内存拿到寄存器后才能处理,同理,将数据写回内存的时候也必须借助寄存器)为了加速程序的运算,RISC会设定多组的寄存器,并且指定特殊用途的寄存器。

CISC:相对于RISC,它就是“复杂指令集”。CISC可以有效地减少编译代码中指令的数目,使取指操作所需要的内存访问数量达到最小化。此外CISC可以简化编译器结构。它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

编译执行:编译执行是指将高级语言程序最终编译成为机器语言的二进制文件,生成了机器可以直接执行的文件。

解释执行:解释执行是指将高级语言程序通过解释器转换为对应的机器语言,直接执行,不生成直接执行的文件。

现代计算机的CPU速度是非常快的,8086和现在的i7比起来慢太多了,但是我们的存储技术进步是非常缓慢的,尤其是大规模存储技术,磁盘相对于CPU而言就是龟速,内存相对而言能快点,但是还是很慢,所以现代的CPU大都采用了多级缓存技术。这样避免了反复到磁盘或者是内存中取数据。从而提高了计算机的运算速度。

 

 

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