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## 计算机体系结构中的存储程序结构基本原理

现代计算机都采用存储程序结构，又称为冯诺伊曼结构，是1945年J.冯·诺伊曼受宾夕法尼亚大学研制的ENIAC计算机结构的启发提出的（学术界对此结构是否称为冯诺依曼结构存在争议）。此结构的主要特点是：①计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备5部分组成，其中运算器和控制器合称为中央处理器（central processing unit，简称CPU）或处理器。②存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元的位数固定。指令和数据不加区别混合存储在同一个存储器中。③采用指令驱动执行方式，即控制器从存储器中取出指令并根据指令要求发出控制信号控制计算机的操作。控制器中的程序计数器指明要执行的指令所在的存储单元地址。程序计数器一般按顺序递增，但可按指令要求而改变。④以运算器为中心，输入输出（input/output，简称I/O）设备与存储器之间的数据传送都经过运算器。随着技术的进步，冯诺依曼结构得到了持续改进，主要包括：①以运算器为中心改进为以存储器为中心，数据流向更加合理，从而使运算器、存储器和I/O设备能够并行工作。②由单一的集中控制改进为分散控制。早期的计算机工作速度低，运算器、存储器、控制器和I/O设备可以在同一个时钟信号的控制下同步工作。现在运算器、存储器与I/O设备的速度差异很大，需要异步分散控制。③从基于串行算法改进为适应并行算法，出现了流水线处理器、超标量处理器、向量处理器、多核处理器、对称多处理机（symmetric multiprocessor，SMP）、大规模并行处理机（massively parallel processing，MPP）和机群系统等。④出现了为适应特殊需要的专用计算机，如图形处理器（graphic processing unit，GPU）、数字信号处理器（digital signal processor，DSP）等。虽然经过了长期的发展，以存储程序和指令驱动执行为主要特点的冯诺依曼结构仍是现代计算机的主流结构。非冯诺依曼计算机的研究成果包括依靠数据驱动的数据流计算机、图规约计算机等。