冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构

本章思维导图:
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1. 体系的五大组件

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输入设备

  • 例如:话筒,摄像头、键盘、鼠标、磁盘、网卡

输出设备

  • 例如:网卡、声卡、显卡、磁盘、显示器、打印机

输入设备和输出设备统称为外设

存储器

  • 一般就是所谓的内存

运算器和控制器

  • 统称为CPU

注意:

需要清楚,输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器这五大组件都是一个个独立的设备。但是这些独立设备会通过各种线路连接起来,通过线路的连接就达成了数据流动传递的目的

而数据流动传递的本质就是各种文件的拷贝,因此文件的拷贝效率就大致决定了计算机整机的效率

2. 内存及其必要性

2.1 存储金字塔

内存属于存储器的一种,我们有必要了解一下各种存储器如硬盘、内存、缓存、寄存器的容量大小和地位

一张存储金字塔就可以直观的展示各种存储器相互之间的地位差距:

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可以做出总结:

  • 距离CPU越近的存储单元,效率越高,造价贵,单体容量越小
  • 距离CPU月圆的存储单元,效率越低,造价便宜,单体容量越大

2.2 为什么要有内存

有些小伙伴会疑惑:

为什么在冯诺依曼体系结构中,输入输出这种外设不能直接和CPU交互呢,即为什么不能输入设备 -- CPU -- 输出设备

应该明白,对于输入输出这种外设而言,其距离CPU的距离是很远的,而且其本身处理数据的能力又很慢,但是CPU作为中央处理器,其处理数据的速度是远高于外设设备,因此这一快一慢组合,由于木桶效应,就会导致整个计算机的运行速度和外设相近,浪费了大量资源。

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而CPU作为外设和CPU之间的设备,内存的处理速度要远高于外设的速度,但是又比CPU慢一点。这样,内存会通过预先加载和缓存,即预存任务缓存结果来中和外设较慢的速度,从而使计算机整机的速度以内存为标准,大大太高了效率。

3. 数据流动

冯诺依曼体系结构规定:

在数据层面上:

  • 输入输出这种外设不能直接和CPU直接交互,而是必须要通过内存
  • 同样,CPU也只会从内存中读取数据,而不会直接对外设进行访问
  • 可以说,内存是外设和CPU沟通的桥梁

本篇完
下一章,我们将正式开启LInux系统编程。
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