神秘课堂的讨论——冯诺依曼模型
 doctorrm      2020-01-30 13:46:09      152      0      

“叮叮叮”,上课的铃声响起,计算机班本学期的第一课开始了。

吵闹的教室开始安静下来,永远坐在第一排的CPU学霸率先翻起了课本,正在化妆的总线还在得意于她苗条的身材,坐在角落里吃冰淇淋的小云还在舔着他的嘴角,意犹未尽。。。

此时走进一位白发的老头,刚到讲台就开始自我介绍了起来,“大家好,我是你们本学期的班主任,也负责教大家有关计算机的课程,还请多多指教。”

这时候跑进来一个长发飘飘的姑娘,这是路由器小璐,她刚从隔壁班玩回来,趁班主任还在自我介绍的时候,她已经坐回到了靠窗的座位,整理好连衣裙,专注的看着第一次见到的班主任。

”好,第一节课,我们还是讲点跟计算机基础有关的,就从 ‘冯诺依曼模型’ 开始吧“班主任开始发话了。”首先,在座的同学们,有谁知道冯诺依曼模型是什么吗?“大家也许都对这位班主任有些羞涩,没人举手回答。”第一排戴眼镜的同学,不如你来说说你的理解?“

CPU学霸从容的站起来:“冯诺依曼模型是一种计算机模型,这种模型要求计算机具有CPU、存储器和I/O设备,并把程序执行的指令和数据存在存储器中,执行的时候顺序处理。”“不愧是学霸”,坐在后排的内存弟弟看着CPU,心里很佩服,而旁边坐着他高大的哥哥:硬盘。

“嗯,非常好,这位同学的回答很简练。冯诺依曼模型的重点在于有存储,之所以出现这个模型,还得看它的历史。同学们知道,在早期的电子计算机中,程序设计是一种硬件行为,简单理解,就是把电线连到插座上,可是每次科学家都要手动连线,比如计算3+2=5,连好线,计算完后。下次如果想要再计算一次3+2,就得再重新连一次电线。非常麻烦,因为不能复用之前的程序和数据。冯诺依曼就是在这个背景下产生的。它要求计算机拥有存储器,最开始用的是水银延长线作为存储设备。当然,CPU和I/O设备也是必须的,只是为了方便理解冯诺依曼模型,我们应该意识到存储设备的作用。”

“这么说来,冯诺依曼模型不就是CPU和我嘛”内存弟弟举手回应班主任的话。

“嗯,确实,你俩还有I/O设备是最重要的三个组成。那么,具体你们在这个模型中是如何互动的,这位同学,你能给大家科普一下吗?“班主任对内存弟弟颇有兴趣。

“好呀,我和CPU同学的交流,得通过它的控制单元。我们之间的交流是有顺序的,程序执行的过程就是我和CPU在交流,我们的交流会有三个过程:取指-译码-执行周期。首先CPU同学的控制单元要从我这里拿到程序指令,然后把指令翻译成它能理解的语言,最后CPU开始执行程序指令。这个期间,如果需要什么数据,它都会来我这里拿。所以我非常重要!”内存弟弟透露出一丝自豪。

“讲的非常好,大家给这位同学一些掌声吧”,课堂响起了热烈的掌声,班主任对内存同学的回答非常满意,也对于同学们的积极主动很感动。”同学们知道的真不少,我上课就是这样,希望同学们能积极发言,我只是一个引路人,计算机这门课程需要思想的碰撞,这样子,我们的课程才能更加高效,同学们也能学到更多知识。“

“前面,我们讲了冯诺依曼模型和它的产生背景、工作过程。大家有没有注意到,我们现在使用的电脑,其实都遵守了冯诺依曼模型。但在具体实现上,其实比冯诺依曼模型更丰富,比如,我们的计算机有系统总线,有硬盘等等。我们有一个冯诺依曼模型的升级版或者扩展,这就是:系统总线模型。”班主任说到这里的时候,总线小姐姐妩媚的双眼抬头望了一眼,随后又低头,她不想表露太多的激动,要保持她的淑女形象。

“系统总线模型的特点在总线,包括在内存和CPU间传递数据的数据总线,保存数据总线正在访问的数据的地址的地址总线,以及传输控制信号的控制总线。我们当前的计算机,可以说就是系统总线模型的实现。但其本质还是冯诺依曼模型,所以我们还是要记得它的重要性。”

“那冯诺依曼模型就没有缺陷吗?”可爱的小云一脸蒙蔽,提出了它的疑问。

“有的”CPU学霸这时候发言了。“因为我的处理速度非常快,而且正变的越来越快,内存同学的内存容量也在扩张,但我们之间的交流效率却一直保持不变,也就是数据传输的流量比较小。我们管这叫冯诺依曼瓶颈。出现这个瓶颈的根源是我和CPU同学是两个独立的个体。”

“那咋整?“小云更加迷惑了。

“非冯诺依曼模型。”班主任这时说了一句。“这个模型可以解决这个问题,既然有同学问道,下面我就来简单介绍一下吧… … “

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