计算机体系结构

写在前面 这一波要贯彻到底的学习 超标了处理器

体系结构的概念与发展

体系结构概念

• 1945 ENIAC第一台
• 冯诺依曼的“存储程序”计算机的概念和基本结构一直沿用至今
• 用于描述计算机系统设计的技术、方法和理论
• 通过定量分析的方法，学习掌握现代计算机体系结构研究的基本方法

存储程序计算机的结构

• 运算器
• 存储器
• 控制器
• 输入输出设备
  

存储程序计算机的主要特点

• 早期是以运算器为中心
• 采用存储程序原理
• 存储器是按地址访问、线性编织的空间
• 控制流由指令流产生 （解题算法是顺序型的）
• 指令有操作码和地址码组成
• 数据由二进制码表示，采用二进制运算

程序执行过程

• 分解程序指令 形成控制四个部分工作的控制流
• 对数据进行加工，形成数据流
• 周而复始的形成指令流/数据流
• 并最终得到结果
• 取指令—>指令译码->取操作数->运算->结果写回—>取指令
  • 指令译码所完成的工作
    1. 分解并确定这条指令所指示的操作
    2. 确定操作对象（操作数）所在的位置（寄存器单元，存储器单元，输入设备）

计算机体系结构、组成和实现 三者区别

• IBM的阿姆道尔首次明确 1964
• 计算机体系结构是程序员（汇编或机器语言的）所能看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性

所能看到的计算机的属性（相对于通用寄存器型的机器）需要把握

• 数据表示:硬件可以直接辨认和表示的数据类型
• 寻址规则
• 寄存器定义：寄存器的定义，数量和使用方式（定义程序位置的程序计数器PC，永远置于0的寄存器）
• 指令系统
• 中断系统：掌握之后才能更好地掌握系统调用和硬件接口
• 机器工作状态的定义和切换：管态和目态
• 存储系统：影响机器的使用寿命
• 信息保护
• I/O结构

计算机组成 被认为是指令集结构的逻辑实现

涉及到各个部件的关联，能被分解的最小的有意义的逻辑单位
关注的内容

• 数据通路 宽度 最小单位了，再小就是数据位了，没意义
• 各种操作对功能部件的共享程度
• 专用功能部件的设置
• 功能部件的并行性
• 缓冲和排队技术 平滑各个部件件瞬间流量的不同，也可以缓冲因为部件不足带来的程序指令执行过程中的等待
• 预测技术 加快程序执行效率的技术
• 可靠性技术 一般用在卫星太空中
• 控制机构的组成，等等 （前沿技术）

计算机实现 所看到的计算机实体

• 处理器、主存的物理结构
• 器件的集成度和速度
• 信号传输 光、电、无线
• 器件、模块、插件、底板的划分与连接
• 涉及的专用器件
• 电源、冷却
• 微组装技术
• 整机装配技术，等等

体系结构发展

• 40年代关注计算机采用什么方式工作 存储程序还是程序控制的方式
• 60年代关注指令系统
• 70年代 流水线、向量处理、处理器

系统的设计和分析