冯·诺依曼体系计算机的局限与非冯机发展方向研究
概述冯·诺依曼结构,及其与现代计算机部件间的关系
概述冯·诺依曼结构，及其与现代计算机部件间的关系概述冯·诺依曼结构，及其与现代计算机部件间的关系1. 介绍冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构是一种计算机体系结构，是当今世界上绝大部分计算机的基础结构。
它的核心思想是将程序指令和数据存储在同一存储器中，通过按位置区域访问的方式来进行数据和指令的读写，这种存储结构被称为存储程序。
2. 冯·诺依曼结构的关键特点冯·诺依曼结构的关键特点包括指令和数据以二进制形式存储在计算机存储器中，程序和数据可以存储在同一存储器中，程序可以按顺序执行，可以通过跳转或循环实现程序的灵活控制，还有数据和指令可以按位置区域寻址的方式访问。
3. 现代计算机部件与冯·诺依曼结构的关系现代计算机的各个部件都与冯·诺依曼结构密切相关。
首先是CPU（中央处理器），它负责执行存储在计算机存储器中的指令，对数据进行处理。
其次是存储器，现代计算机通常采用随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）等存储设备，用来存储程序和数据。
再者是输入输出设备，它们用来与外部交互，输入输出数据。
最后是总线，用来连接CPU、存储器和输入输出设备，传输数据和控制信号。
4. 冯·诺依曼结构在现代计算机中的体现冯·诺依曼结构在现代计算机中的体现主要包括指令和数据存储在同一存储器中、按位置区域访问的方式来进行数据和指令的读写、程序按顺序执行等。
现代计算机中的程序员可以根据冯·诺依曼结构的思想进行程序设计，利用存储器来存储程序和数据，在CPU中执行指令来实现计算等。
5. 个人观点和理解冯·诺依曼结构作为现代计算机的基础结构，为计算机的发展和应用提供了理论基础。
它的核心思想深刻影响了计算机科学和技术的发展，使得计算机能够存储大量程序和数据，并按照一定的顺序进行处理。
在我看来，冯·诺依曼结构是计算机科学发展的重要里程碑，对计算机的普及和应用起到了积极的推动作用。
由冯·诺依曼体系的演进看计算机的发展
作者简介：刘巍（1975-），男，河南巩义人，讲师。研究方向：计算机网络安全、数字校园建设。
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计算机工程应用技术
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信息与电脑16 年第 14 期
发送到 JobTracker 节点，而不必等待心跳周期，其他信息 （节点信息、任务执行信息等）仍然通过心跳通信机制来向 JobTracker 节点推送，这样有效缩短了发现失效节点和纠错 节点的时间。
计算机工程应用技术
信息与电脑 China Computer&Communication
2016 年第 14 期
由冯·诺依曼体系的演进看计算机的发展
刘 巍
（宁夏工商职业技术学院信息网络中心，宁夏 银川 750021）
摘 要： 自第一台计算机 ENIAC 诞生之日起，冯·诺依曼体系便主宰着计算机的逻辑结构，70 年后的今天，该体系 在计算机界依然占据主导地位。笔者从对冯·诺依曼体系结构的继承和突破入手，分析了计算机的发展方向。 关键词：冯·诺依曼体系结构；二进制；存储程序；运算能力；云计算 中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）14-046-02
１ 冯・诺依曼体系结构概述
众所周知，第一台计算机是诞生于 1946 年的 ENIAC。 作为第一台计算机的研制者，数学家冯·诺依曼提出了计算机 制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以 及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入 设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。该 体系结构在创立 70 年后的今天仍然指导着计算机的制造， 冯·诺依曼由此被称为“计算机之父”。对冯体系结构的传承 与突破也记载着计算机的发展进程。
计算机体系结构的发展历程与趋势
计算机体系结构的发展历程与趋势计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的相互关系以及计算机内部各个组件之间的组织方式。
它决定了计算机的性能、可扩展性、并行性和功耗等关键特性。
计算机体系结构的发展历程经历了几个重要的阶段，而未来的趋势又将如何演变呢？在计算机体系结构的发展历程中，最早的计算机体系结构是冯·诺伊曼体系结构。
冯·诺伊曼体系结构是由冯·诺伊曼教授在20世纪40年代提出的，它以存储程序的概念为基础，将指令和数据存储在同一块存储器中，通过指令序列的控制来实现计算和数据处理。
冯·诺伊曼体系结构的提出标志着计算机体系结构的重要转折点，它为后来的计算机架构奠定了基础。
随着计算机技术和应用的不断发展，计算机体系结构也不断演化。
20世纪的60年代至70年代，计算机体系结构经历了从单核到多核、从小型机到大型机的发展阶段。
这个时期，计算机的处理性能和规模都得到了大幅增加，计算机系统逐渐进入大规模集成电路时代。
此外，存储器层次结构和缓存技术的引入提高了计算机的性能。
进入20世纪80年代，个人计算机开始流行起来，微处理器技术得到了飞速发展。
此时，计算机体系结构逐渐向着更加复杂和多样化的方向发展。
计算机体系结构设计开始注重并行计算和分布式计算，以提高计算机的并行性和处理效率。
同时，存储器容量的不断增加和存储技术的改进，使得计算机能够处理更加复杂和庞大的数据。
到了21世纪，计算机体系结构的发展趋势变得更加多样化和个性化。
首先，多核处理器和超线程技术的应用使得计算机能够同时处理多个任务和线程，提高了计算机的并行性和计算能力。
其次，计算机体系结构开始注重能效和功耗问题，提出了众多节能技术和功耗管理策略。
此外，云计算、物联网和人工智能等新兴应用的兴起，也对计算机体系结构提出了新的挑战和需求。
未来计算机体系结构的发展趋势将面临更多的挑战和机遇。
首先，人工智能的飞速发展对计算机计算能力和存储容量提出了更高的要求。
冯诺依曼体系结构发展综述
冯·诺依曼体系结构发展综述摘要：本文介绍了冯·诺依曼体系结构的诞生和发展，探讨了制约现代计算机进一步发展的主要因素。
指出基础硬件IC生产技术的极限和冯·诺依曼体系结构的缺陷将成为计算机发展的两大瓶颈。
调查了现在为了突破冯·诺依曼体系瓶颈各国科学家做出的努力，总结了现在正在研究发展中的几种非冯·诺依曼体系结构计算机。
关键词：冯·诺依曼体系结构；计算机；局限；发展1冯·诺依曼体系的诞生和发展1.1冯·诺依曼体系结构概述众所周知，第一台计算机是诞生于1946年的ENIAC。
作为第一台计算机的研制者，数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。
该体系结构在创立70年后的今天仍然指导着计算机的制造，冯·诺依曼由此被称为“计算机之父”。
对冯体系结构的传承与突破也记载着计算机的发展进程。
[1]1.2冯·诺依曼提下的发展动向作为经久不哀的经典理论，冯·诺依曼系结构的优点是逻辑清晰、结构简单、实现成本低，缺点是存储的指令和数据共享一条总线，信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，串行执行指令的方式影响了指令的执行速度。
基于该理论的特点，对冯·诺依曼体系结构的三原则的演变角度分析计算机的发展动向。
[2]1.2.1二进制逻辑的演变计算机诞生前，人类对计算机的逻辑并无清晰的概念，计算机采用什么进制一度成为科学家争论的焦点。
基于人类的习惯，计算机采用十进制似乎更符合人类规范，能更好地为人类服务。
但是，冯·诺依曼以电子设备存在二种稳态为依据提出了以二进制逻辑作为计算机逻辑基础，沿用至今。
取决进制使用的关键在于基本稳态数量，人类普遍有十根手指，十种基本稳态造成了人类使用十进制这一现象。
未来计算机体系结构的发展趋势
未来计算机体系结构的发展趋势随着科技的不断发展，计算机体系结构也在不断演进，朝着更高效、更强大的方向发展。
未来计算机体系结构的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 并行处理能力的提升：未来计算机体系结构将更加注重并行处理能力的提升。
传统的冯·诺伊曼体系结构限制了计算机的并行处理能力，而未来的计算机体系结构将采用更加灵活的方式，如多核处理器、GPU等，以实现更高效的并行计算。
2. 智能化和自适应性：未来计算机体系结构将趋向于智能化和自适应性。
智能化的计算机体系结构可以根据不同的任务和场景进行智能调整，提高计算机的性能和效率。
自适应性的计算机体系结构可以根据计算负载的变化自动调整资源分配，提高计算机的利用率。
3. 内存和存储的创新：未来计算机体系结构将在内存和存储方面进行创新。
传统的计算机体系结构中，内存和存储是分开的，数据需要从存储器中加载到内存中进行计算。
未来的计算机体系结构将采用更加紧密集成的内存和存储，将计算和存储的距离缩短，提高计算速度和效率。
4. 能源效率的提升：未来计算机体系结构将更加注重能源效率的提升。
传统的计算机体系结构在高性能计算的同时也带来了高能耗的问题。
未来的计算机体系结构将采用更加节能的设计，如低功耗芯片、动态电压调整等，以提高计算机的能源效率。
5. 安全性和可靠性的增强：未来计算机体系结构将加强对安全性和可靠性的考虑。
随着互联网的普及和信息技术的发展，计算机系统面临着越来越多的安全威胁和故障风险。
未来的计算机体系结构将采用更加安全和可靠的设计，如硬件加密、容错技术等，以保护计算机系统的安全和稳定运行。
6. 软硬件协同设计：未来计算机体系结构将更加注重软硬件协同设计。
传统的计算机体系结构中，硬件和软件是分开设计的，导致了性能和效率的限制。
未来的计算机体系结构将采用软硬件协同设计，将硬件和软件的优势结合起来，实现更高效的计算和更好的用户体验。
总结起来，未来计算机体系结构的发展趋势将注重并行处理能力的提升、智能化和自适应性、内存和存储的创新、能源效率的提升、安全性和可靠性的增强，以及软硬件协同设计。
冯诺依曼体系计算机存储器体系的瓶颈及发展
冯·诺依曼体系计算机存储器体系的瓶颈及发展——计算机类王一之摘要：冯·诺依曼体系结构是目前应用最广泛的计算机体系结构，从1949年的EDVAC （Electronic Discrete variable Automatic Compute电子离散变量计算机）到如今几乎所有的商用计算机，历经半个多世纪，计算机制造技术发生了巨大变化，但冯·诺依曼体系结构仍然沿用至今，可见其优越性。
而其中储存器在该体系中有着至关重要的作用。
本文就存储器对于冯·诺依曼体系结构的影响以及该体系的未来发展展开讨论。
0 引言：美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。
冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。
人们把冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。
①这个体系中，以二进制表示数据，计算机运把要执行的程序和处理的数据首先存入主存储器（即内存），在执行程序时，按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行。
计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
其最大特点便是将指令和数据都放在储存器中，那么储存器的作用便尤为重要。
随着半导体技术的发展，以其为基础的储存器也随之高速发展，然而计算机其它部件（如运算器）发展的速度已经超过了储存器的发展速度，并且还有着不断拉开差距的趋势，而储存器的发展似乎即将到达瓶颈。
现今储存器中信息传输速度的瓶颈成为了该体系计算机的瓶颈。
本文将讨论这种瓶颈的原因以及对未来计算机发展的思考。
1 冯·诺依曼体系计算机的储存器体系冯·诺依曼体系计算机中的储存器最粗略的可分为两种，即只读存储器(Read-only Memory，ROM)和随机存取存储器(Random-access Memory, RAM)。
冯·诺依曼体系计算机的局限与非冯机发展方向研究
冯·诺依曼体系计算机的局限与非冯机发展方向研究1946年世界上诞生第一台电子数字计算机ENIAC，拉开了人类计算机发展的序幕，经过60余的发展已经成为人类工作和生活不可缺少的一部分，它是科技发展史上最具影响力的成果。
然而，现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。
这种结构特点是“程序存储，共享数据，顺序执行”，需要CPU 从存储器取出指令和数据进行相应的计算，因此CPU与共享存储器间的信息交换的速度成为影响系统性能的主要因素，而信息交换速度的提高又受制于存储元件的速度、存储器的性能和结构等诸多条件。
传统计算机在数值处理方面已经到达较高的速度和精度，而随着非数值处理应用领域对计算机性能的要求越来越高，传统体系结构的计算机已经难以到达这些要求，所以需要寻求新的体系结构来解决问题。
1 冯·诺依曼体系计算机发展的局限1.1 集成电路生产技术制约存储器的性能，存储器的性能制约系统的性能传统冯·诺依曼计算机体系结构的存储程序方式造成了系统对存储器的依赖，CPU访问存储器的速度制约了系统运行的速度。
集成电路IC芯片的技术水平决定了存储器及其他硬件的性能。
为了提高硬件的性能，以英特尔公司为代表的芯片制造企业在集成电路生产方面做出了极大的努力，且获得了巨大的技术成果。
现在每隔18个月IC 的集成度翻一倍，性能也提升一倍，产品价格降低一半，这就是所谓的“摩尔定律”。
这个规律已经持续了40多年，估计还将延续若干年。
然而，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。
计算机体系结构的发展与趋势
计算机体系结构的发展与趋势计算机的出现，极大地改变了人类社会的发展。
随着科技的不断更新迭代，计算机的体系结构也在飞速发展。
计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的相互作用方式，是计算机设计中最基本的概念之一。
计算机体系结构的发展与趋势，体现了计算机科技发展的技术方向和重心，下面就来具体探讨一下。
一、计算机体系结构的发展历程1、冯·诺依曼结构1945年，冯·诺依曼发明了第一台采用“现代计算机结构”的电子计算机，这种计算机使用二进制数、以程序为控制、采用内存储存数据和程序的计算机结构。
这种结构被称为冯·诺依曼结构，被广泛应用于电子计算机中，至今仍是计算机体系结构的主要形式。
2、并行计算机20世纪80年代，随着计算机处理速度的提高，人们开始关注计算机性能的提升。
1982年，英特尔公司发布的超级计算机iWarp，采用并行计算方式，使得计算机处理速度得到了极大地提升。
并行计算机的出现，对计算机体系结构的发展起到了推动作用。
3、多核处理器随着半导体技术的发展，计算机芯片中的元器件数量越来越多，并且尺寸越来越小。
2005年，英特尔公司发布了第一款多核处理器，这种处理器可以同时运行多个任务，并且可以利用并行计算的优势，提高计算机的处理速度。
4、云计算2010年，云计算开始逐渐普及。
云计算是一种新型计算模式，它利用互联网技术将计算和存储资源虚拟化，为用户提供一种按需使用的计算服务。
云计算的出现，对计算机体系结构的发展也带来了新的机遇和挑战。
二、计算机体系结构的发展趋势1、大数据和人工智能随着互联网的普及和信息化的加速，数据量呈爆炸式增长。
对于传统的存储和处理方式已经无法应对大数据挑战。
在此背景下，高效的数据存储和处理技术已成为计算机体系结构发展的核心。
同时，人工智能的迅速崛起，人类对于计算机性能的要求也逐渐提高。
2、边缘计算传统的计算机体系结构是集中式的，所有运算都在中央处理器上完成，需要经过数据的传输和处理。
计算机体系结构的研究重点与发展方向分析
计算机体系结构的研究重点与发展方向分析【摘要】：本文首先简要说明了现代计算机的两种主要体系结构CISC 体系和RISC 体系，指出了基于冯·诺伊曼体系结构的现代计算机体系存在的问题及研究重点，并展望了未来计算机体系的发展方向。
【关键词】：体系结构；CIST 体系；RISC 体系一、引言计算机体系结构主要指计算机的系统化设计和构造，不同的计算机体系结构适用于不同的需求或应用。
现代计算机的两种主要体系结构是CISC 体系和RISC 体系。
其中RISC是近20 年的研究主流。
而随着计算机应用的普及，RISC 结构也出现了许多与以多媒体处理和个人移动计算机为主要内容的应用趋势的不协调。
为了消除这些不协调，未来计算机体系结构将会向什么方向发展呢?本文将对这些问题进行阐述和说明。
二、两种主要的计算机体系结构说明当今的计算机体系结构，从传统意义指令界面上来看基本划分成两大类：一类是CISC 体系结构，如INTEL 的X86芯片，另一类是RISC 体系结构，如SPARC、MIPS、POWERPC、等。
不管是CISC 体系结构还是RISC 体系结构，人们在计算机体系结构的设计上均追求两方面的目标：1．面向应用（软件）描述方面设计的计算机体系在面向应用（软件）描述方面使得自己的指令语义层次比较高，这点CISC 较为明显，因为它有许多指令可以直接支持高级语言的语义。
而RISC 则比较隐蔽，它是靠精简指令的优化编译（即通过若干条精简指令有机组合）来支持高级语言的语义。
2．面向应用处理方面设计的计算机体系在面向应用处理方面，使得自己的指令处理速度明显提高，进而加速应用处理的速度。
这点RISC表现的比较明显，因为它的指令硬件译码直接实现和采用流水线技术等大大提高了它的处理速度，而在CISC 中，当初增加硬件的资源支持复杂的高层次的语义的指令，本身就意味着提高应用的处理速度。
在过去的20 年里，RISC 技术不断发展，逐渐取代C1SC成为工作站和服务器的主流技术。
冯 诺依曼结构体系
在CPU与内存间的快取内存抒解了冯·诺伊曼瓶颈的效能问题。另外，分支预测（branch prediction）算法的建立也帮助缓和了此问题。巴科斯在1977年论述的“智能瓶颈”已改变甚多。且巴科斯对于此问题的解决方案并没有造成明显影响。现代的函数式编程以及面向对象编程已较少执行如早期Fortran一般会“将大量数值从内存搬入搬出的操作”，但平心而论，这些操作的确占用电脑大部分的执行时间
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冯·诺依曼结构和哈佛结构
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冯·诺依曼体系计算机的局限与非冯机发展方向研究
作者：朱伟方育红辜艺
来源：《科技视界》2013年第36期
【摘要】本文探讨了制约现代计算机进一步发展的主要因素，指出基础硬件IC生产技术的极限和冯·诺依曼体系结构的缺陷将成为计算机发展的两大瓶颈。
讨论了非冯·诺依曼结构计算机发展的现状，提出了光子计算机和人工神经计算机将拥有极大发展空间与市场前景的观点。
【关键词】计算机；体系结构；发展局限
0 引言
1946年世界上诞生第一台电子数字计算机ENIAC，拉开了人类计算机发展的序幕，经过60余的发展已经成为人类工作和生活不可缺少的一部分，它是科技发展史上最具影响力的成果。
然而，现代计算机发展所遵循的基本结构形式始终是冯·诺依曼机结构。
这种结构特点是“程序存储，共享数据，顺序执行”，需要CPU从存储器取出指令和数据进行相应的计算，因此CPU与共享存储器间的信息交换的速度成为影响系统性能的主要因素，而信息交换速度的提高又受制于存储元件的速度、存储器的性能和结构等诸多条件。
传统计算机在数值处理方面已经到达较高的速度和精度，而随着非数值处理应用领域对计算机性能的要求越来越高，传统体系结构的计算机已经难以到达这些要求，所以需要寻求新的体系结构来解决问题。
1 冯·诺依曼体系计算机发展的局限
1.1 集成电路生产技术制约存储器的性能，存储器的性能制约系统的性能
传统冯·诺依曼计算机体系结构的存储程序方式造成了系统对存储器的依赖，CPU访问存储器的速度制约了系统运行的速度。
集成电路IC芯片的技术水平决定了存储器及其他硬件的性能。
为了提高硬件的性能，以英特尔公司为代表的芯片制造企业在集成电路生产方面做出了极大的努力，且获得了巨大的技术成果。
现在每隔18个月IC的集成度翻一倍，性能也提升一倍，产品价格降低一半，这就是所谓的“摩尔定律”。
这个规律已经持续了40多年，估计还将延续若干年。
然而，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。
现在集成电路中两个晶体管之间的距离只有22纳米，相当于只有100个硅原子那么大了。
可以推测将来会有15纳米，7.7纳米，5.4纳米，可能2023年做到2.7纳米，2030年0.9纳米。
0.9纳米只有4个硅原子那么大，4个硅原子不可能构成实用的晶体管，可以确定2030年以前硅材料为代表的IC技术到达发展极限。
因此，计算机基础硬件的发展届时将受到严重制约，需要从基础物理、材料科学及生产技术多方面来重新思考计算机的硬件构成，更需要从体系结构方面有所创新。
1.2 对冯·诺依曼计算机体系结构缺陷的分析
（1）指令和数据存储在同一个存储器中，形成系统对存储器的过分依赖。
如果储存器件的发展受阻，系统的发展也将受阻。
（2）指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器PC指明要执行的指令所在的单元地址。
然后取出指令执行操作任务。
所以指令的执行是串行。
影响了系统执行的速度。
（3）存储器是按地址访问的线性编址，按顺序排列的地址访问，利于存储和执行的机器语言指令，适用于作数值计算。
但是高级语言表示的存储器则是一组有名字的变量，按名字调用变量，不按地址访问。
机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔，称之为冯·诺依曼语义间隔。
消除语义间隔成了计算机发展面临的一大难题。
（4）冯·诺依曼体系结构计算机是为算术和逻辑运算而诞生的，目前在数值处理方面已经到达较高的速度和精度，而非数值处理应用领域发展缓慢，需要在体系结构方面有重大的突破。
（5）传统的冯·诺依曼型结构属于控制驱动方式。
它是执行指令代码对数值代码进行处理，只要指令明确，输入数据准确，启动程序后自动运行而且结果是预期的。
一旦指令和数据有错误，机器不会主动修改指令并完善程序。
而人类生活中有许多信息是模糊的，事件的发生、发展和结果是不能预期的，现代计算机的智能是无法应对如此复杂任务的。
可见计算机从自动机器到自为机器还有很遥远的路要走。
2 非冯·诺依曼体系计算机的发展
2.1 非冯·诺依曼体系计算机研究的主要线路
近几年来人们努力谋求突破传统冯·诺依曼体制的局限，各类非诺依曼化计算机的研究如雨后春笋蓬勃发展，主要表现在以下四个方面：
（1）对传统冯·诺依曼机进行改良，如传统体系计算机只有一个处理部件是串行执行的，改成多处理部件形成流水处理，依靠时间上的重叠提高处理效率。
（2）由多个处理器构成系统，形成多指令流多数据流支持并行算法结构。
这方面的研究目前已经取得一些成功。
（3）否定冯·诺依曼机的控制流驱动方式。
设计数据流驱动工作方式的数据流计算机，只要数据已经准备好，有关的指令就可并行地执行。
这是真正非诺依曼化的计算机，这样的研究还在进行中，已获得阶段性的成果，如神经计算机。
（4）彻底跳出电子的范畴，以其它物质作为信息载体和执行部件，如光子、生物分子、量子等。
众多科学家正为进行这些前瞻性的研究。
2.2 具有代表性的非冯·诺依曼体系计算机研究方向如下
2.2.1 光子计算机
光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。
欧洲科学家研制成功第一台光子计算机，其运行速度比普通的电子计算机快1000倍。
电子计算机是由电子来存储传递和处理信息，光子计算机利用激光来传送信号，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行运算处理，它可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理，这远胜通过电子“0”、“1”状态变化进行的运算。
光子计算机在图像处理、目标识别和人工智能等方面发展的潜力巨大。
2.2.2 量子计算机
量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。
使用量子门替代晶体管逻辑门的功能。
1994年，贝尔实验室的专家彼得·秀尔（Peter Shore）证明量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜传统计算机。
这是因为量子不像半导体只能记录0与1，可以同时表示多种状态。
如果把半导体计算机比成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况，因此，一个40位元的量子计算机，就能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。
2.2.3 神经计算机
神经计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。
神经网络有自适应、自学习、自组织和容错自修复功能。
神经计算机与电子计算机最大的不同是：电子计算机的存储部件和处理部件是两个不同的部分，而模仿大脑神经记忆的信息存放在神经元上，神经元又是处理信息的基本单元，所以二者是不可分的。
目前，美国科学家研究出左脑和右脑两个神经块连接而成的神经电子计算机。
右脑为经验功能部分，有1万多个神经元，适于图像识别；左脑为识别功能部分，含有100万个神经元，用于存储单词和语法规则。
它能识别文字，符号，图形，语言以及声纳和雷达收到的信号，控制智能机器人，进行智能决策和智能指挥等。
神经计算机它可能引导计算机从自动运行走向自觉和自为工作，这将是人工智能发展的主攻方向。
3 结论
冯·诺依曼计算机的发展的硬件基础受到集成电路生产技术的制约，结构体系上存储控制流驱动任务的方式，已经满足不了人们对计算机更高速、更智能和使用更方便的要求。
结构改良之路已经走到尽头，只有突破现有体系结构的制约并寻求新的物质作为计算机的物质基础，才能使得计算机有质的飞跃，光子计算机和神经计算机将是最具发展前景的探索。
冯·诺依曼计算机是全人类智慧的结晶，由于技术成熟、价格低廉、软件丰富及人们的使用习惯，冯·诺依曼计算机将继续长期在人类的工作和生活中发挥重要的作用。
当然，未来会有商品化的非冯·诺依曼计算机问世，我们将会迎来一个各类型计算机百花争艳的信息时代。
【参考文献】
[1]白中英.计算机组成原理[M].北京：科学出版社，2007.
[2]宋宜斌，等.计算机组成与体系结构[M].北京：机械工业出版社.
[3]计算机硬件技术基础[M].北京：机械工业出版社，2010.
[责任编辑：丁艳]。