天才馮 諾依曼與馮 諾依曼瓶頸

2021-09-08 23:00:24 字數 1275 閱讀 6955

馮·諾依曼2023年12月28日出生於奧匈帝國布達佩斯,2023年2月8日卒於美國,終年53歲。在他短暫的一生中,他取得了巨大的成就,遠不止於世人熟知的「馮·諾依曼架構」。

約翰·馮·諾伊曼,出生於匈牙利的美國籍猶太人數學家,現代電子計算機與博弈論的重要創始人,在泛函分析、遍歷理論、幾何學、拓撲學和數值分析等眾多數學領域及計算機學、量子力學和經濟學中都有重大貢獻。

-- 約翰·馮·諾伊曼的維基百科

除了對電腦科學的貢獻,他還有乙個稱號不被大眾所熟知:「博弈論之父」。博弈論被認為是20世紀經濟學最偉大的成果之一。(說到博弈論,我相信大多數人第乙個想到的肯定跟我一樣,那就是「納什均衡」)

馮·諾依曼由於在曼哈頓工程中需要大量的運算,從而使用了當時最先進的兩台計算機 mark i 和 eniac,在使用 mark i 和 eniac 的過程中,他意識到了儲存程式的重要性,從而提出了儲存程式邏輯架構。

「馮·諾依曼架構」定義如下:

以運算單元為中心

採用儲存程式原理

儲存器是按位址訪問、線性編址的空間

控制流由指令流產生

指令由操作碼和位址碼組成

資料以二進位制編碼

馮·諾依曼架構第一次將儲存器和運算器分開,指令和資料均放置於儲存器中,為計算機的通用性奠定了基礎。雖然在規範中計算單元依然是核心,但馮·諾依曼架構事實上導致了以儲存器為核心的現代計算機的誕生。

注:請各位在心裡明確一件事情:儲存器指的是記憶體,即 ram。磁碟理論上屬於輸入輸出裝置。馮·諾依曼架構為計算機大提速鋪平了道路,卻也埋下了乙個隱患:在記憶體容量指數級提公升以後,cpu 和記憶體之間的資料傳輸頻寬成為了瓶頸。

上圖是 i9-7980xe 18 核 36 執行緒的民用最強 cpu,其配合超頻過的 ddr4 3200mhz 的記憶體,測試出的記憶體讀取速度為 90gb/s。看起來很快了是不是?看看圖中的 l1 cache,3.7tb/s。

我們再來算算時間。這顆 cpu 最大睿頻 4.4ghz,就是說 cpu 執行乙個指令需要的時間是 0.000000000227273 秒,即 0.22ns(納秒),而記憶體的延遲是 68.1ns。換句話說,只要去記憶體裡取乙個位元組,就需要 cpu 等待 300 個週期,何其的浪費 cpu 的時間啊。

cpu l1 l2 l3 **快取是使用和 cpu 同樣的 14 奈米工藝製造的矽半導體,每乙個 bit 都使用六個場效電晶體(通俗解釋成三極體)構成,成本高昂且非常占用 cpu 核心面積,故不能做成很大容量。

約翰 馮 諾依曼

約翰 馮 諾依曼 john von nouma 1903 1957 美藉匈牙利人,1903年12 月28 日生於匈牙利的布達佩斯,父親是乙個銀行家,家境富裕,十分注意對 孩子的教育。馮 諾依曼從小聰穎過人,興趣廣泛,讀書過目不忘。據說他6 歲時就能用古 希臘語同父親閒談,一生掌握了七種語言。最擅德語...

馮諾依曼體系

馮諾依曼體系 將程式指令和資料一起設計的計算機設計概念結構 必須有乙個儲存器 必須有乙個控制器 運算器 輸入裝置 輸出裝置 馮諾伊曼瓶頸 儲存器的速度跟不上cpu的速度,指磁碟 記憶體 暫存器。程式翻譯與程式解釋 較為高階的計算機語言通過編譯器生成較為低階的計算機語言。1g 1024mb 10241...

馮諾依曼體系

1.馮 諾依曼體系結構 也是現代計算機的 硬體 體系結構,它包括五大硬體單元 a 輸入裝置 鍵盤 b 輸出裝置 顯示器 c 儲存器 記憶體 d 運算器 用於完成 算術運算 和 邏輯運算 e 控制器 其中 運算器 和 控制器 組成 處理器,也叫 cpu。2.計算機所具備的功能 a 把需要的程式和資料送...