列举计算机的硬件构成（实用易懂系列教程--计算机的硬件组成）

计算机的发展经历了电子管和晶体管时代、集成电路时代（中小规模、大规模、超大规模、甚大规模、极大规模）目前，世界最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的元器件数量已经达到 80 多亿个（刚出来的苹果A13处理器），采用7nm的制作工艺 电子产品面临的二个基本限制是客观存在的：光的速度和材料的原子特性首先，信息传播的速度最终将取决于电子流动的速度，电子信号在元件和导线里流动会产生时间延迟，频率过高会造成信号畸变，所以元件的速度不可能无限的提高直至达到光速第二，计算机的电子信号存储在以硅晶体材料为代表晶体管上，集成度的提高在于晶体管变小，但是晶体管不可能小于一个硅原子的体积 随着半导体技术逐渐逼近硅工艺尺寸极限，摩尔定律原导出的规律将不再适用 1.存储程序的概念 “存储程序”的概念是冯•诺依曼等人于 1946 年 6 月首先提出来的，它可以简要地概括为以下几点： （1）计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成 （2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据 （3）将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作这就是存储程序的基本含义冯•诺依曼对计算机世界的最大贡献在于“存储程序控制”概念的提出 和实现六十多年来，虽然计算机的发展速度惊人，但就其结构原理来说，目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上通常把符合存储程序概念的计算机统称为冯•诺依曼型计算机当然，现代计算机与早期计算机相比，在结构上还是有许多改进的 随着计算机技术的不断发展，也暴露出了冯•诺依曼型计算机的主要弱点：存储器访问会成为瓶颈目前，已出现了一些突破存储程序控制的计算机，统称为非冯•诺依曼型计算机，例如，数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等 数据流计算机结构中是以“数据驱动”方式启动指令的执行按照这种方式，程序中任一条指令只要所需的操作数已经全部齐备，且有可使用的计算资源就可立即启动执行(称为点火)指令的运算结果又可作为下一条指令的操作数驱动该指令的点火执行这就是“数据驱动”的含义在数据流计算机模型中不存在共享数据，一条指令执行后结果数据不送存储器保存，而是直接流向需要该结果的指令，作为新的操作数供下一条指令使用，每个操作数经过指令的一次使用后便消失如果若干条指令要求使用相同的数据，那么就需要事先复制该数据，分别供多条指令使用具有高度并行运算、流水线异步操作、VISI技术相适应、有利于提高软件生产能力等，但也具有：纯理想化、操作开销过大、能有效利用传统计算机的研究成果、数据流语言等缺点 归约计算机 是一种以需求驱动方式进行操作的计算机与传统结构计算机相比，更适合于编写高度并行系统结构的并行处理程序,见的有串归约机和图归约机 智能计算机 能存储大量信息和知识,会推理(包括演绎与归纳),具有学习功能,能以自然语言、文字、声音、图形、图像和人交流信息和知识的非冯诺依曼(John.VonNeumann)结构的通用高速并行处理计算机是现代计算技术、通信技术、人工智能和仿生学的有机结合，供 知识处理及开发智能应用等方面的工作尽管所取得的成果离人们期望的目标还有很大距离，但已经产生明显的经济效益与社会效益专家系统已在管理调度、辅助决策、故障诊断、产品设计、教育咨询等方面广泛应用文字、语音、图形图像的识别与理解以及机器翻译等领域也取得了重大进展，这方面的初级产品已经问市 2.Flynn 分 类 1966 年，Michael.J.Flynn 提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类（通常称为 Flynn 分类法），有关定义如下 （1）指令流：指机器执行的指令序列； （2）数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据 Flynn 根据不同的指令流-数据流组织方式，把计算机系统分成以下四类 （1）单指令流单数据流（Single Instruction stream and Single Data stream，SISD）：SISD 其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据 （2）单指令流多数据流（Single Instruction stream and Multiple Data stream，SIMD）：SIMD以并行处理机（矩阵处理机）为代表，并行处理机包括多个重复的处理单元，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同数据 （3）多指令流单数据流（Multiple Instruction stream and Single Data stream，MISD）：MISD具有 n 个处理单元，按 n 条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入这类系统实际上很少见到有文献把流水线看作多个指令部件，称流水线计算机是 MISD （4）多指令流多数据流（Multiple Instruction stream and Multiple Data stream，MIMD）： MIMD 是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统如多核处理器、多处理机属于 MIMD ，下面我们就来说一说关于列举计算机的硬件构成?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!

列举计算机的硬件构成

计算机的发展经历了电子管和晶体管时代、集成电路时代（中小规模、大规模、超大规模、甚大规模、极大规模）。目前，世界最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的元器件数量已经达到 80 多亿个（刚出来的苹果A13处理器），采用7nm的制作工艺。 电子产品面临的二个基本限制是客观存在的：光的速度和材料的原子特性。首先，信息传播的速度最终将取决于电子流动的速度，电子信号在元件和导线里流动会产生时间延迟，频率过高会造成信号畸变，所以元件的速度不可能无限的提高直至达到光速。第二，计算机的电子信号存储在以硅晶体材料为代表晶体管上，集成度的提高在于晶体管变小，但是晶体管不可能小于一个硅原子的体积。 随着半导体技术逐渐逼近硅工艺尺寸极限，摩尔定律原导出的规律将不再适用。 1.存储程序的概念 “存储程序”的概念是冯•诺依曼等人于 1946 年 6 月首先提出来的，它可以简要地概括为以下几点： （1）计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。 （2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据。 （3）将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。这就是存储程序的基本含义。冯•诺依曼对计算机世界的最大贡献在于“存储程序控制”概念的提出 和实现。六十多年来，虽然计算机的发展速度惊人，但就其结构原理来说，目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上。通常把符合存储程序概念的计算机统称为冯•诺依曼型计算机。当然，现代计算机与早期计算机相比，在结构上还是有许多改进的。 随着计算机技术的不断发展，也暴露出了冯•诺依曼型计算机的主要弱点：存储器访问会成为瓶颈。目前，已出现了一些突破存储程序控制的计算机，统称为非冯•诺依曼型计算机，例如，数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等。 数据流计算机结构中是以“数据驱动”方式启动指令的执行。按照这种方式，程序中任一条指令只要所需的操作数已经全部齐备，且有可使用的计算资源就可立即启动执行(称为点火)。指令的运算结果又可作为下一条指令的操作数驱动该指令的点火执行。这就是“数据驱动”的含义。在数据流计算机模型中不存在共享数据，一条指令执行后结果数据不送存储器保存，而是直接流向需要该结果的指令，作为新的操作数供下一条指令使用，每个操作数经过指令的一次使用后便消失。如果若干条指令要求使用相同的数据，那么就需要事先复制该数据，分别供多条指令使用。具有高度并行运算、流水线异步操作、VISI技术相适应、有利于提高软件生产能力等，但也具有：纯理想化、操作开销过大、能有效利用传统计算机的研究成果、数据流语言等缺点。 归约计算机 是一种以需求驱动方式进行操作的计算机。与传统结构计算机相比，更适合于编写高度并行系统结构的并行处理程序,见的有串归约机和图归约机。 智能计算机 能存储大量信息和知识,会推理(包括演绎与归纳),具有学习功能,能以自然语言、文字、声音、图形、图像和人交流信息和知识的非冯诺依曼(John.VonNeumann)结构的通用高速并行处理计算机。是现代计算技术、通信技术、人工智能和仿生学的有机结合，供 知识处理及开发智能应用等方面的工作。尽管所取得的成果离人们期望的目标还有很大距离，但已经产生明显的经济效益与社会效益。专家系统已在管理调度、辅助决策、故障诊断、产品设计、教育咨询等方面广泛应用。文字、语音、图形图像的识别与理解以及机器翻译等领域也取得了重大进展，这方面的初级产品已经问市。 2.Flynn 分 类 1966 年，Michael.J.Flynn 提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类（通常称为 Flynn 分类法），有关定义如下。 （1）指令流：指机器执行的指令序列； （2）数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据。 Flynn 根据不同的指令流-数据流组织方式，把计算机系统分成以下四类。 （1）单指令流单数据流（Single Instruction stream and Single Data stream，SISD）：SISD 其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据。 （2）单指令流多数据流（Single Instruction stream and Multiple Data stream，SIMD）：SIMD以并行处理机（矩阵处理机）为代表，并行处理机包括多个重复的处理单元，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同数据。 （3）多指令流单数据流（Multiple Instruction stream and Single Data stream，MISD）：MISD具有 n 个处理单元，按 n 条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。这类系统实际上很少见到。有文献把流水线看作多个指令部件，称流水线计算机是 MISD。 （4）多指令流多数据流（Multiple Instruction stream and Multiple Data stream，MIMD）： MIMD 是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统。如多核处理器、多处理机属于 MIMD。