计算机设计核心思想,科学网—计算机设计的两种理念,颠覆os的计算机 - 姜咏江的博文...
计算机设计的两种理念
姜咏江
关于图灵和冯·诺伊曼计算机,我们是否可以总结为图灵的计算机思想由冯·诺伊曼等人具体实现了?不要让计算机历史上那些说不十分清楚的问题,耽误了我们今天的行程。
在计算机体系结构当中,没人能够颠覆程序数据存储的五大版块的逻辑结构(冯·诺伊曼结构),但不等于不能颠覆其中的某些方法,也许叫做改进更为恰当。
依照计算机逻辑的五大结构,去除输入输出,以哪一部分为中心进行设计,这是计算机核心设计的理念问题。这个问题关系到计算机工作方式与工作效率。直到目前为止,计算机核心设计的主流大部分还在处理器为中心的设计理念当中。这种理念是以CPU(运算器+控制器)为中心展开的。其重要的特征是将存储器做为功能单纯的部件处理,将程序和数据放在存储器中,而将程序执行的一应环境因素都放到CPU一方。这样做的结果,使程序执行完全变成了一种被动的方式,使多个程序的交替或同时执行必须有第三方程序(也就是我们常说的操作系统OS)执行来进行调度。这种程序执行的方式产生了巨大的机时消耗,严重地影响了计算机效率的提高。也许我们常常会提出这样的问题:我的计算机软硬件不断更新换代,为什么速度提高不大?我可以肯定地告诉大家,这是系统软件管理方式的弊端。
如何解决OS管理方式造成的弊端?那就是尽可能地在程序执行中减少所谓系统程序的干预。十年前出现的以存储器为中心的计算机微体系结构设计理念,可以突破程序被系统程序调度执行的局面,让程序自主地到处理器上运行,自动地实现自我调度,从而避免了系统程序干预,因而可以极大地提高计算机的工作效率。
以存储器为中心的计算机微体系结构设计理念,是将程序中心的全部环境条件都放到存储器一边,形成包括程序、数据和执行环境条件的一个整体,叫存储单位。原先的CPU变成了一个执行程序的服务设备,叫执行单位。执行单位只负责每一个指令的执行,将执行的结果一律会送给执行程序所在的存储单位,不保留指令执行的任何结果。这样做的结果,形成了执行单位上的指令无关特性,非常有利于程序转移执行。
人们将能够执行程序的基本单位叫做核。所谓的多核就是在一个芯片上放置多个核,让多个程序可以同时执行。由于程序任务的不同,一个程序可能要在多个不同性质的处理器上转换执行,传统的以CPU为中心执行程序的设计方式,就成为了影响程序迅速转移执行的羁绊。原因是程序数据要频繁地在各个固定的核之间传输,还要等待OS(或协议程序)进行调度。在这一过程中,大量的机时被所谓的系统程序调度所占用了,因而使硬件的改善大部分被这种系统软件运行的时间湮没掉了。
以存储器为中心的设计理念,将存储单位和执行单位独立出来,让程序执行变成了一种服务模式。存储单位主动提出要何种处理单位提供服务,只要发出信号,空闲的处理单位就会与之结合立即执行程序。反之,当程序需要其它性质处理单位服务的时候,立即就可以与当前的处理单位断开,不影响程序到其它处理单位执行。这种程序执行的模式是一种动态的过程。其中程序和处理器之间能够根据需要,自由地连接和断开,因而这种计算机被称为动态计算机,其核心部分CPU被称为动态CPU。
动态计算机的程序执行方式,对传统的OS管理下的程序执行方式是颠覆性的。动态计算机的设计制作还处在初级阶段,但最核心部分的程序运行已经通过验证,程序调度执行速度之快,是目前OS管理方式所无法比拟的。如果这种设计方式完全成熟,传统的操作系统的绝大部分核心功能就会退出历史舞台。
2015-1-19
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自姜咏江科学网博客。
链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-340399-860796.html
上一篇:图灵与冯·诺伊曼的区别
下一篇:算法时间复杂度与程序执行时间计算
计算机设计核心思想,科学网—计算机设计的两种理念,颠覆os的计算机 - 姜咏江的博文...相关推荐
- 我国计算机科学的发展源头要追溯到几年前,科学网—计算机新技术革命要求必须从源头做起 - 姜咏江的博文...
在科研界有一句话,叫"站在巨人的肩膀上".在人类知识积累的过程中,这句话是真理.但这句话用的不是地方,也会产生运用不当的谬误,这就叫"具体问题,具体分析".在目 ...
- 冯诺曼伊体系 计算机五大逻辑,科学网—再谈冯·诺伊曼结构 - 姜咏江的博文
再谈冯·诺伊曼结构 姜咏江 为了说明问题简单,我引用一段百度百科当中的文字和图: 冯.诺依曼体系结构是现代计算机的基础,现在大多计算机仍是冯.诺依曼计算机的组织结构,只是作了一些改进而已,并没有从根本 ...
- 计算机技术狂人叫什么,科学网-计算机科技创新需要狂人思维模式-姜咏江的博文...
计算机科技创新需要狂人思维模式 "世界级"创新的科技发明,开始总是不被人认同和理解,这是正常的事情.许多大科学家出道之初,周围的人常称其为"狂人",对其&quo ...
- 计算机的科技创新,科学网—计算机科技创新需要狂人思维模式 - 姜咏江的博文...
计算机科技创新需要狂人思维模式 "世界级"创新的科技发明,开始总是不被人认同和理解,这是正常的事情.许多大科学家出道之初,周围的人常称其为"狂人",对其&quo ...
- 计算机一个人,科学网—现在一个人能造计算机吗? - 姜咏江的博文
现在一个人能造计算机吗? 姜咏江 自己一个人造计算机?说梦话吧!其实这已经成为了现实.当一二十年前出现了现场可编程器件FPGA之后,就有了一个人单独设计制造计算机的条件.FPGA器件借助现在已经存在的 ...
- 计算机内部总线和外部总线,科学网-怎样将计算机内部总线扩展为外部网络?-姜咏江的博文...
怎样将计算机内部总线扩展为外部网络? 姜咏江 透明计算公示成果的第一条就是"将原来计算机的内部总线扩展为外部网络".现在我们来谈谈能不能将计算机内部总线扩展成外部网络. 1.什么是 ...
- 信息与计算机,科学网—信息与计算机(1) - 姜咏江的博文
信息与计算机(1)信息的概念姜咏江 当今科学研究中使用最多的概念是什么?信息!然而信息却是那样地让人们困惑.有句话说:"把复杂的问题说简单了,那是学问:将简单的问题说复杂了,那是蒙人!&qu ...
- cmu计算机专业必修课程,科学网—西行记-8: CMU计算机系的本科教学体系 - 戚正伟的博文...
CMU大学的计算机系是1965年成立,属于早期建计算机系的大学. 现在是计算机学院,在多个学科上有很大优势. 本科教学也有一些特点,整个课程360 units,换成我们国内的约90学分,其中计算机科学 ...
- r语言算巢式设计方差分析_科学网—巢式设计之R篇 - 林元震的博文
巢式设计(Nested design),也称为嵌套设计或系统分组设计.把研究对象分成若干组,每组内又分若干亚组,每个亚组又有若干观测值的设计,称为巢式设计.根据因素数的不同,巢式设计可分为二因素(二级 ...
最新文章
- MySQL数据库字符集和整理
- mysql乐观锁总结和实践
- 20天拿到美团快手小米搜狐跟谁学offer
- Windows Server 2016 Technical Preview 5 X64 中文版下载地址
- Python 技术篇-使用pygame库实现音乐播放实例演示,带漂亮小界面!
- JS中绑定事件顺序(事件冒泡与事件捕获区别)
- (9)MSP430F5529 定时器Timer_A
- JIRA中vm后缀文件语法说明
- 玩玩短视频平台和网课平台开发1——腾讯云对象储存COS的初步配置
- 中的listeners_C++中Future和Promise的一种简单实现
- mysql5.6 慢查询_MySQL5.6 如何优化慢查询的SQL语句
- jquery audio没有声音_Python实用案例编程入门:第十四章 通过声音控制您的计算机
- TOP 1%的软件工程师和其他 99%有什么不同?
- jQuery 中的 attr
- 凝思系统激活序列号_凝思6.0虚拟机搭建--遇到的问题
- 艺考生冬日穿泳装秀三围
- c语言表白情书作品,程序员一句话表白情书
- win32 打印机任务管理的 node 模块 (3)详解Win32 Spooler API 获取打印机列表及状态
- Dubbo3.0 整合 Nacos
- 最全的Go资料汇总和最走心的学Go建议
热门文章
- 未来的计算机事业作文600字,模块计算机考试的感想
- NPN三极管和PNP三极管的工作原理
- Android Studio教学视频118集(共18.2G)
- 如何用linux搭建简单的论坛
- 交互式多模型算法IMM——机动目标跟踪中的应用
- 分享 最全的拉丁语系名字列表,详细到了字根出处,男孩们以后别再起什么Kevin, Mike, Jack了
- 视频号9大变现模式,总有一个适合你
- java实现图片验证码_JAVA实现图片验证码
- 谁是IPFS中国区“奶王”?IPFS.FUND周欢当仁不让
- XMLHttpRequest.send()