摘要 由于冯诺依曼体系结构存在串行性特点，成为了其发展的瓶颈，针对其串行性人们提出了若干改进和改变措施，涉及到CPU子系统、存储器子系统和IO子系统.本文讨论涉及到存储子系统

    关键词 冯诺依曼 串行 瓶颈 存储子系统 改进

冯·诺伊曼结构(Von Neumann architecture)是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构.由于冯诺依曼体系结构存在串行性特点，成为了其发展的瓶颈.当今有许多计算机都采用冯诺依曼体系结构，所以对冯诺依曼体系进行改进的研究有很大的现实意义.

1   存储子系统存在的问题

1．1存储器读取的串行性：

       冯诺依曼体系结构具有两个明显的特点，一是计算机以存储程序原理为基础，二是程序顺序执行.存储器是现代冯•诺依曼体系的核心，指令与数据混合存储，程序执行时，CPU 在程序计数器的指引下，线性顺序地读取下一条指令和数据.

Fig. 1.Memory of Computer Model

所有对内存的读取都是独占性的，每一个瞬间，内存实体只能被一个操作对象通过片选信号占据.这就决定了内存的串行读取特性，对内存的操作无法并发进行.

1．2内存墙—存储器和CPU数据流量障碍:

    由于CPU速度远大于存储器读写速率^[1]，据统计，处理器的性能以每年60%的速度提高，而存储器芯片的带宽每年却只提高10%，工艺水平的发展已使两者之间的带宽间隙越来越大.

Fig. 2. Processor-memory performance gap: starting in the 1980 performance, the microprocessor and memory performance over the years

    处理器从存储器取一次数的同时，将可以执行数百至数千条指令，这就意味着CPU将会在数据输入或输出存储器时闲置.在CPU与存储器之间的流量（数据传输率）与存储器的容量相比起来相当小，在现代计算机中，流量与CPU的工作效率相比之下非常小，在某些情况下（当CPU需要在巨大的数据上运行一些简单指令时），数据流量就成了整体效率非常严重的限制.CPU将会在数据输入或输出存储器时闲置，无法充分发挥计算机的运算能力.因此内存预取是一个关键的瓶颈问题，也被称为“内存墙”（Memory Wall）

2存储子系统的改进

2. 1使用并行技术：

    改善的出路是使用并行技术，在指令运算处理及数据存储上都巧妙地运用并行技术.比如说多端口存储器，它具有多组独立的读写控制线路，可以对存储器进行并行的独立操作.又比如：存储器的访问不再用片选控制，而是可以任意地访问单元，在读写数据时用原子操作或事务处理的思想保证数据的一致性，这就取决于所采取的仲裁策略.哈佛体系则从另一个角度改善冯诺依曼存储器串行读写效率低下的瓶颈.哈佛结构是一种将指令储存和数据储存分开的存储器结构.指令储存和数据储存分开，数据和指令的储存可以同时进行，执行时可以预先读取下一条指令.