冯诺依曼体系结构
本章思维导图:
注:本章思维导图对应的.xmind
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1. 体系的五大组件
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:
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。
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。