列舉計算機的硬件構成?計算機的發展經曆了電子管和晶體管時代、集成電路時代（中小規模、大規模、超大規模、甚大規模、極大規模）目前，世界最高水平的單片集成電路芯片上所容納的元器件數量已經達到 80 多億個（剛出來的蘋果A13處理器），采用7nm的制作工藝 電子産品面臨的二個基本限制是客觀存在的：光的速度和材料的原子特性首先，信息傳播的速度最終将取決于電子流動的速度，電子信号在元件和導線裡流動會産生時間延遲，頻率過高會造成信号畸變，所以元件的速度不可能無限的提高直至達到光速第二，計算機的電子信号存儲在以矽晶體材料為代表晶體管上，集成度的提高在于晶體管變小，但是晶體管不可能小于一個矽原子的體積 随着半導體技術逐漸逼近矽工藝尺寸極限，摩爾定律原導出的規律将不再适用 1.存儲程序的概念 “存儲程序”的概念是馮•諾依曼等人于 1946 年 6 月首先提出來的，它可以簡要地概括為以下幾點： （1）計算機（指硬件）應由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成 （2）計算機内部采用二進制來表示指令和數據 （3）将編好的程序和原始數據事先存入存儲器中，然後再啟動計算機工作這就是存儲程序的基本含義馮•諾依曼對計算機世界的最大貢獻在于“存儲程序控制”概念的提出 和實現六十多年來，雖然計算機的發展速度驚人，但就其結構原理來說，目前絕大多數計算機仍建立在存儲程序概念的基礎上通常把符合存儲程序概念的計算機統稱為馮•諾依曼型計算機當然，現代計算機與早期計算機相比，在結構上還是有許多改進的 随着計算機技術的不斷發展，也暴露出了馮•諾依曼型計算機的主要弱點：存儲器訪問會成為瓶頸目前，已出現了一些突破存儲程序控制的計算機，統稱為非馮•諾依曼型計算機，例如，數據驅動的數據流計算機、需求驅動的歸約計算機和模式匹配驅動的智能計算機等 數據流計算機結構中是以“數據驅動”方式啟動指令的執行按照這種方式，程序中任一條指令隻要所需的操作數已經全部齊備，且有可使用的計算資源就可立即啟動執行(稱為點火)指令的運算結果又可作為下一條指令的操作數驅動該指令的點火執行這就是“數據驅動”的含義在數據流計算機模型中不存在共享數據，一條指令執行後結果數據不送存儲器保存，而是直接流向需要該結果的指令，作為新的操作數供下一條指令使用，每個操作數經過指令的一次使用後便消失如果若幹條指令要求使用相同的數據，那麼就需要事先複制該數據，分别供多條指令使用具有高度并行運算、流水線異步操作、VISI技術相适應、有利于提高軟件生産能力等，但也具有：純理想化、操作開銷過大、能有效利用傳統計算機的研究成果、數據流語言等缺點 歸約計算機 是一種以需求驅動方式進行操作的計算機與傳統結構計算機相比，更适合于編寫高度并行系統結構的并行處理程序,見的有串歸約機和圖歸約機 智能計算機 能存儲大量信息和知識,會推理(包括演繹與歸納),具有學習功能,能以自然語言、文字、聲音、圖形、圖像和人交流信息和知識的非馮諾依曼(John.VonNeumann)結構的通用高速并行處理計算機是現代計算技術、通信技術、人工智能和仿生學的有機結合，供 知識處理及開發智能應用等方面的工作盡管所取得的成果離人們期望的目标還有很大距離，但已經産生明顯的經濟效益與社會效益專家系統已在管理調度、輔助決策、故障診斷、産品設計、教育咨詢等方面廣泛應用文字、語音、圖形圖像的識别與理解以及機器翻譯等領域也取得了重大進展，這方面的初級産品已經問市 2.Flynn 分 類 1966 年，Michael.J.Flynn 提出根據指令流、數據流的多倍性特征對計算機系統進行分類（通常稱為 Flynn 分類法），有關定義如下 （1）指令流：指機器執行的指令序列； （2）數據流：指由指令流調用的數據序列，包括輸入數據和中間結果，但不包括輸出數據 Flynn 根據不同的指令流-數據流組織方式，把計算機系統分成以下四類 （1）單指令流單數據流（Single Instruction stream and Single Data stream，SISD）：SISD 其實就是傳統的順序執行的單處理器計算機，其指令部件每次隻對一條指令進行譯碼，并隻對一個操作部件分配數據 （2）單指令流多數據流（Single Instruction stream and Multiple Data stream，SIMD）：SIMD以并行處理機（矩陣處理機）為代表，并行處理機包括多個重複的處理單元，由單一指令部件控制，按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同數據 （3）多指令流單數據流（Multiple Instruction stream and Single Data stream，MISD）：MISD具有 n 個處理單元，按 n 條不同指令的要求對同一數據流及其中間結果進行不同的處理一個處理單元的輸出又作為另一個處理單元的輸入這類系統實際上很少見到有文獻把流水線看作多個指令部件，稱流水線計算機是 MISD （4）多指令流多數據流（Multiple Instruction stream and Multiple Data stream，MIMD）： MIMD 是指能實現作業、任務、指令等各級全面并行的多機系統如多核處理器、多處理機屬于 MIMD ，下面我們就來說一說關于列舉計算機的硬件構成?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

列舉計算機的硬件構成

計算機的發展經曆了電子管和晶體管時代、集成電路時代（中小規模、大規模、超大規模、甚大規模、極大規模）。目前，世界最高水平的單片集成電路芯片上所容納的元器件數量已經達到 80 多億個（剛出來的蘋果A13處理器），采用7nm的制作工藝。 電子産品面臨的二個基本限制是客觀存在的：光的速度和材料的原子特性。首先，信息傳播的速度最終将取決于電子流動的速度，電子信号在元件和導線裡流動會産生時間延遲，頻率過高會造成信号畸變，所以元件的速度不可能無限的提高直至達到光速。第二，計算機的電子信号存儲在以矽晶體材料為代表晶體管上，集成度的提高在于晶體管變小，但是晶體管不可能小于一個矽原子的體積。 随着半導體技術逐漸逼近矽工藝尺寸極限，摩爾定律原導出的規律将不再适用。 1.存儲程序的概念 “存儲程序”的概念是馮•諾依曼等人于 1946 年 6 月首先提出來的，它可以簡要地概括為以下幾點： （1）計算機（指硬件）應由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成。 （2）計算機内部采用二進制來表示指令和數據。 （3）将編好的程序和原始數據事先存入存儲器中，然後再啟動計算機工作。這就是存儲程序的基本含義。馮•諾依曼對計算機世界的最大貢獻在于“存儲程序控制”概念的提出 和實現。六十多年來，雖然計算機的發展速度驚人，但就其結構原理來說，目前絕大多數計算機仍建立在存儲程序概念的基礎上。通常把符合存儲程序概念的計算機統稱為馮•諾依曼型計算機。當然，現代計算機與早期計算機相比，在結構上還是有許多改進的。 随着計算機技術的不斷發展，也暴露出了馮•諾依曼型計算機的主要弱點：存儲器訪問會成為瓶頸。目前，已出現了一些突破存儲程序控制的計算機，統稱為非馮•諾依曼型計算機，例如，數據驅動的數據流計算機、需求驅動的歸約計算機和模式匹配驅動的智能計算機等。 數據流計算機結構中是以“數據驅動”方式啟動指令的執行。按照這種方式，程序中任一條指令隻要所需的操作數已經全部齊備，且有可使用的計算資源就可立即啟動執行(稱為點火)。指令的運算結果又可作為下一條指令的操作數驅動該指令的點火執行。這就是“數據驅動”的含義。在數據流計算機模型中不存在共享數據，一條指令執行後結果數據不送存儲器保存，而是直接流向需要該結果的指令，作為新的操作數供下一條指令使用，每個操作數經過指令的一次使用後便消失。如果若幹條指令要求使用相同的數據，那麼就需要事先複制該數據，分别供多條指令使用。具有高度并行運算、流水線異步操作、VISI技術相适應、有利于提高軟件生産能力等，但也具有：純理想化、操作開銷過大、能有效利用傳統計算機的研究成果、數據流語言等缺點。 歸約計算機 是一種以需求驅動方式進行操作的計算機。與傳統結構計算機相比，更适合于編寫高度并行系統結構的并行處理程序,見的有串歸約機和圖歸約機。 智能計算機 能存儲大量信息和知識,會推理(包括演繹與歸納),具有學習功能,能以自然語言、文字、聲音、圖形、圖像和人交流信息和知識的非馮諾依曼(John.VonNeumann)結構的通用高速并行處理計算機。是現代計算技術、通信技術、人工智能和仿生學的有機結合，供 知識處理及開發智能應用等方面的工作。盡管所取得的成果離人們期望的目标還有很大距離，但已經産生明顯的經濟效益與社會效益。專家系統已在管理調度、輔助決策、故障診斷、産品設計、教育咨詢等方面廣泛應用。文字、語音、圖形圖像的識别與理解以及機器翻譯等領域也取得了重大進展，這方面的初級産品已經問市。 2.Flynn 分 類 1966 年，Michael.J.Flynn 提出根據指令流、數據流的多倍性特征對計算機系統進行分類（通常稱為 Flynn 分類法），有關定義如下。 （1）指令流：指機器執行的指令序列； （2）數據流：指由指令流調用的數據序列，包括輸入數據和中間結果，但不包括輸出數據。 Flynn 根據不同的指令流-數據流組織方式，把計算機系統分成以下四類。 （1）單指令流單數據流（Single Instruction stream and Single Data stream，SISD）：SISD 其實就是傳統的順序執行的單處理器計算機，其指令部件每次隻對一條指令進行譯碼，并隻對一個操作部件分配數據。 （2）單指令流多數據流（Single Instruction stream and Multiple Data stream，SIMD）：SIMD以并行處理機（矩陣處理機）為代表，并行處理機包括多個重複的處理單元，由單一指令部件控制，按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同數據。 （3）多指令流單數據流（Multiple Instruction stream and Single Data stream，MISD）：MISD具有 n 個處理單元，按 n 條不同指令的要求對同一數據流及其中間結果進行不同的處理。一個處理單元的輸出又作為另一個處理單元的輸入。這類系統實際上很少見到。有文獻把流水線看作多個指令部件，稱流水線計算機是 MISD。 （4）多指令流多數據流（Multiple Instruction stream and Multiple Data stream，MIMD）： MIMD 是指能實現作業、任務、指令等各級全面并行的多機系統。如多核處理器、多處理機屬于 MIMD。

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