基本介紹
- 中文名：非馮諾依曼結構電腦
- 舉例：光子計算機等
- 計算機歷史：50餘年
- 特點：無干擾性
回顧,說法一,說法二,非諾依曼化,哈佛結構,
回顧
按照這種結構，程式和數據放在共享存儲器內，CPU取出指令和數據進行相應的計算，因此CPU與共享存儲器間的信息通路成為影響系統性能的“瓶頸”。多年來在並行計算機結構及處理的研究已經取得了很多成果，如陣列機、流水機、向量機等，使計算速度有了很大提高，但就本質上仍無法克服馮·諾依曼機結構上的缺陷。
隨著計算機發展，人們除了繼續對命令式語言進行改進外，提出了若干非馮·諾依曼型的程式設計語言，並探索了適合於這類語言的新型計算機系統結構，大膽地脫離了馮·諾依曼原有的計算機模式，尋求有利於開發高度並行功能的新型計算機模型，例如光子計算機（光處理器利用光的高速和無干擾性，使用光學元件構成處理器。尚在研發中），並行計算機、數據流計算機以及量子計算機等。
說法一
傳統的馮·諾依曼型結構屬於控制驅動方式。它是以命令式語言為對象，指令的執行次序受指令計數器的控制，因而指令是串列執行的。也就是說有指令控制器控制指令執行的次序和時機，當它指向某條指令時才驅動該條指令的執行。這種結構特點是“程式存儲，共享數據，順序執行”。計算中有一條單一的控制流從一條指令傳到下一條指令（由指令計數器PC提供，執行K、K+1、……指令），執行指令所需要的運算元通過指令中給定的地址來訪問，指令執行結果也通過地址存入一個共享的存儲器中。並行控制流模型，採用操作符Fork和Join來顯式地表示並行性，它允許在同一時刻有幾個控制流同時活動。並行控制流模型中，關鍵技術之一是要有相應的同步手段（如Join操作符）來處理數據的相關性。
(1)通常要用程式計數器PC來指明指令的執行過程。
說法二
由於傳統馮.諾依曼計算機體系結構天然所具有的局限性，從根本上限制了計算機的發展。
(4)通過執行指令直接發出控制信號控制計算機的操作。指令在存儲器中按其執行順序存放，由指令計數器指明要執行的指令所在的單元地址。指令計數器只有一個，一般按順序遞增，但執行順序可按運算結果或當時的外界條件而改變。
(6)數據以二進制表示。
從本質上講，馮.諾依曼體系結構的本徵屬性就是二個一維性，即一維的計算模型和一維的存儲模型，簡單地說“存儲程式”是不確切的。而正是這二個一維性，成就了現代計算機的輝煌，也限制了計算機的進一步的發展，真可謂“成也馮，敗也馮”。
馮·諾依曼計算機的軟體和硬體完全分離，適用於作數值計算。這種計算機的機器語言同高級語言在語義上存在很大的間隔，稱之為馮.依曼語義間隔。造成這個差距的其中一個重要原因就是存儲器組織方式不同，馮·諾依曼機存儲器是一維的線性排列的單元，按順序排列的地址訪問。而高級語言表示的存儲器則是一組有名字的變數，按名字調用變數，不考慮訪問方法，而且數據結構經常是多維的（如數組，表格）。另外，在大多數高級語言中，數據和指令截然不同，並無指令可以像數據一樣進行運算操作的概念。同時，高級語言中的每種操作對於任何數據類型都是通用的，數據類型屬於數據本身，而馮.諾依曼機的數據本身沒有屬性標誌，同一種操作要用不同的操作碼來對數據加以區分。這些因素導致了語義的差距。如何消除如此大的語義間隔，這成了計算機面臨的一大難題和發展障礙。
馮.諾依曼體系結構的局限嚴重束縛了現代計算機的進一步發展，而非數值處理套用領域對計算機性能的要求越來越高，這就亟待需要突破傳統計算機體系結構的框架，尋求新的體系結構來解決實際套用問題。在體系結構方面已經有了重大的變化和改進，如並行計算機、數據流計算機以及量子計算機、 DNA計算機等非馮計算機，它們部分或完全不同於傳統的馮.諾依曼型計算機，很大程度上提高了計算機的計算性能。
非諾依曼化
必須看到，傳統的馮·諾依曼型計算機從本質上講是採取串列順序處理的工作機制，即使有關數據巳經準備好，也必須逐條執行指令序列。而提高計算機性能的根本方向之一是並行處理。因此，近年來人們謀求突破傳統馮·諾依曼體制的束縛，這種努力被稱為非諾依曼化。對所謂非諾依曼化的探討仍在爭議中，一般認為它表以下三個方面的努力。
（1）在馮·諾依曼體制範疇內，對傳統馮·諾依曼機進行改造，如採用多個處理部件形成流水處理，
依靠時間上的重疊提高處理效率；又如組成陣列機結構，形成單指令流多數據流，提高處理速
度。這些方向已比較成熟，成為標準結構；
（2）用多個馮·諾依曼機組成多機系統，支持並行算法結構。這方面的研究比較活躍；
機，只要數據已經準備好，有關的指令就可並行地執行。這是真正非諾依曼化的計算機，它為並
行處理開闢了新的前景，但由於控制的複雜性，仍處於實驗探索之中。
哈佛結構
特點：
