2012年軟考系統(tǒng)分析師經(jīng)典教程：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史：

　　1946年，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC出現(xiàn)，之后經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段：

　　馮式結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成部分：存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

　　強(qiáng)化的概念：

　　計(jì)算機(jī)的工作過程：一般是由用戶使用各種編程語(yǔ)言把所需要完成的任務(wù)以程序的形式提交給計(jì)算機(jī)，然后翻譯成計(jì)算機(jī)能直接執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以由下面的模型表示：

　　算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(computer architecture)：指機(jī)器語(yǔ)言級(jí)機(jī)器(物理機(jī)器)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它主要研究軟件、硬件功能分配，確定軟件、硬件界面(機(jī)器級(jí)界面)，即從機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序設(shè)計(jì)者的角度所看到的機(jī)器物理系統(tǒng)的抽象。

　　計(jì)算機(jī)組成(computer organization)：是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器內(nèi)部數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等，其目標(biāo)是合理的把各種部件、設(shè)備組成計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足所希望達(dá)到的性能價(jià)格比。

　　計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(computer implementation)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。

　　這幾個(gè)概念之間的關(guān)系可以用下面的圖加以說明：

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類：Flynn分類、馮氏分類、Handler分類和Kuck分類;

　　Flynn分類：根據(jù)不同指令流—數(shù)據(jù)流組織方式把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分成4類。(重點(diǎn)理解)

　　指令流：機(jī)器指令的執(zhí)行序列;

　　數(shù)據(jù)流：由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果;

　　多倍性：在系統(tǒng)性能的瓶頸部件上同時(shí)處于同樣執(zhí)行階段的指令和數(shù)據(jù)的最大可能個(gè)數(shù);

　　I. 單指令流單數(shù)據(jù)流SISD——如單處理機(jī)

　　II. 單指令流多數(shù)據(jù)流SIMD——如相聯(lián)處理機(jī)

　　III. 多指令流單數(shù)據(jù)流MISD——如流水線計(jì)算機(jī)

　　IV. 多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD——如多處理機(jī)

　　馮氏分類：以最大并行度Pm把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為4類，其中字寬W表示在一個(gè)字中同時(shí)處理的二進(jìn)制位數(shù)，位寬B表示在一個(gè)位片中能同時(shí)處理的字?jǐn)?shù)。

　　I. 字串位串WSBS(serial)(parallel)

　　II. 字并位串WPBS

　　III. 字串位并WSBP

　　IV. 字并位并WPBP

　　Handler分類：根據(jù)并行度和流水線處理的程度將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分成3個(gè)層次

　　I. 程序控制部件PCU的個(gè)數(shù)K

　　II. 算術(shù)邏輯部件ALU或處理部件PE的個(gè)數(shù)D

　　III. 每個(gè)算術(shù)邏輯部件包含基本邏輯線路ELC的套數(shù)W

　　Kuck分類：與Flynn分類法類似，根據(jù)指令流、執(zhí)行流和多倍性來分類。

　　I. 單指令流單執(zhí)行流SISE——典型的單處理機(jī)

　　II. 單指令流多執(zhí)行流SIME——帶多操作部件的處理機(jī)

　　III. 多指令流單執(zhí)行流MISE——帶指令級(jí)多道程序的單處理機(jī)

　　IV. 多指令流多執(zhí)行流MIME——多處理機(jī)

　　計(jì)算機(jī)不同級(jí)別程序員所見的計(jì)算機(jī)部分，透明性的概念：

　　透明性：一種實(shí)際存在的事物或?qū)傩�，從某個(gè)角度看似乎不存在的現(xiàn)象。

　　低層機(jī)器級(jí)的概念結(jié)構(gòu)和功能特性對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言的程序員來說是透明的。

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