１．４　计算机系统结构的发展

1.4.1 冯・诺依曼结构

　　冯・诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏型，它由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成，如图1.7所示。
　　现代的计算机系统结构与冯・诺依曼等人当时提出的计算机系统结构相比虽已发生了重大变化，但就其结构原理来说占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯・诺依曼型计算机。存储程序原理的基本点是指令驱动，即程序由指令组成，并和数据一起存放在计算机存储器中，机器一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来逐条执行，自动完成由程序所描述的处理工作。冯・诺依曼计算机的特征可概括为：
　　1．存储器是字长固定的、顺序线性编址的一维结构。
　　2．存储器提供可按地址访问的一级地址空间，每个地址是唯一定义的。
　　3．由指令形式的低级机器语言驱动。
　　4．指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。
　　5．机器以运算器为中心，输入-输出设备与存储器之间的数据传送都途经运算器。运算器、存储器、输入�彩涑錾璞傅牟僮饕约八�们之间的联系都由控制器集中控制。

　　虽然至今绝大多数计算机仍基于上述结构特点，但这四十多年来计算机系统结构有了许多改进。主要包括以下几个方面：
　　1．计算机系统结构从基于串行算法改变为适应并行算法，从而出现了向量计算机，并行计算机、多处理机等。
　　2．高级语言与机器语言的语义距离缩小，从而出现了面向高级语言机器和直接执行高级语言机器。
　　3．硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，从而出现了面向操作系统机器和数据库计算机等。
　　4．计算机系统结构从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，从而出现了数据流机器和归约机。
　　5．为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机，如快速傅里叶变换机器、过程控制计算机等。
　　6．为了获得高可靠性而研制容错计算机。
　　7．计算机系统功能分散化、专业化，从而出现了各种功能分布计算机，这类计算机包含外围处理机、通信处理机等。
　　8．出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。
　　9．出现了处理非数值化信息的智能计算机。例如自然语言、声音、图形和图象处理等。主要的处理方法已不是依靠精确的算法进行数值计算而是依靠有关的知识进行逻辑推理，特别是利用经验性知识对不完全确定的事实进行非精确性推理。