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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)心得
在大四上學(xué)期課程中對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)已經(jīng)結(jié)束，老師細(xì)心的講解，耐心的輔導(dǎo)，是我從中學(xué)到很多的知識(shí)。
從中我了解到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Computer Architecture）也稱為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，它是由計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)外特性，內(nèi)特性，微外特性組成的。經(jīng)典的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的定義是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多級(jí)層次結(jié)構(gòu)中機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)的結(jié)構(gòu)，它是軟件和硬件固件的主要交界面，是由機(jī)器語(yǔ)言程序、匯編語(yǔ)言源程序和高級(jí)語(yǔ)言源程序翻譯生成的機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序能在機(jī)器上正確運(yùn)行所應(yīng)具有的界面結(jié)構(gòu)和功能。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指的是什么? 是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的外表? 還是是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部 的一塊塊板卡安放結(jié)構(gòu)? 都不是，那么它是什么? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是計(jì)算機(jī)的的機(jī)器語(yǔ)言程序員或編譯程序編寫(xiě)者所看到的外特性。所謂外特性，就是計(jì)算機(jī)的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性。用一個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔饕唬热鐒?dòng)物吧，它的"系統(tǒng)結(jié)構(gòu)"是指什么呢? 它的概念性結(jié)構(gòu)和功能特性，就相當(dāng)于動(dòng)物的器官組成及其功能特性，如雞有胃，胃可以消化食物。至于雞的胃是什么形狀的、雞的胃部由什么組成就不是"系統(tǒng)結(jié)構(gòu)"研究的問(wèn)題了。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只管到這一層。關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)，用"人"這種動(dòng)物的不恰當(dāng)?shù)睦恿斜韺?duì)比如下。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ，人 ，應(yīng)用語(yǔ)言級(jí) ，為人民服務(wù)級(jí) ，高級(jí)語(yǔ)言級(jí) ，讀書(shū)、學(xué)習(xí)級(jí) ，匯編語(yǔ)言級(jí) ，語(yǔ)言、思維級(jí) ，操作系統(tǒng)級(jí) ，生理功能級(jí) ，傳統(tǒng)機(jī)器級(jí) ，人體器官級(jí) ，微程序機(jī)器級(jí) ，細(xì)胞組織級(jí) ，電子線路級(jí) ，分子級(jí) 。
傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)以上的所有機(jī)器都稱為虛擬機(jī)，它們是由軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。軟硬件的 。 功能在邏輯上是等價(jià)的，即絕大多部分硬件的功能都可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，反之亦然。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外特性，一般應(yīng)包括以下幾個(gè)方面(這也就是我們要分章學(xué)習(xí)的幾個(gè)章節(jié))把這幾個(gè)方面弄清了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也就基本明確了：(1)指令系統(tǒng) (2)數(shù)據(jù)指令 (3)作數(shù)的尋址方式 (4)寄存器的構(gòu)成定義 (5)中斷機(jī)構(gòu)和例外條件 (6)存儲(chǔ)體系和管理 (7)I/O結(jié)構(gòu) (8)機(jī)器工作狀態(tài)定義和切換 (9)信息保護(hù)。所以在以后的學(xué)習(xí)中�；仡^想想這是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的哪一方面，這對(duì)把握全局有好處。 這里提一下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部特性，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)特性就是將那些外特性加以"邏輯實(shí)現(xiàn)"的基本屬性。所謂"邏輯實(shí)現(xiàn)"就是在邏輯上如何實(shí)現(xiàn)這種功能，比如"上帝"給雞設(shè)計(jì)了一個(gè)一定大小的胃，這個(gè)胃的功能是消化食物，這就是雞系統(tǒng)的某一外特性，那怎么消化呢，就要通過(guò)雞喙吃進(jìn)食物和砂石,再通過(guò)胃的蠕動(dòng)、依靠砂石的研磨來(lái)消化食物，這里的吃和蠕動(dòng)等操作就是內(nèi)特性。還有一個(gè)就是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，也就是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。它主要著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)。拿上面的例子來(lái)說(shuō)，這個(gè)胃由哪些組織組成幾條肌肉和神經(jīng)來(lái)促使它運(yùn)動(dòng)就是"雞實(shí)現(xiàn)"。據(jù)此我們可以分清計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外特性、內(nèi)特性以及物理實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系。 在所有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性中，指令系統(tǒng)的外特性是最關(guān)鍵的。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有時(shí)就簡(jiǎn)稱為指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。我們這門(mén)課注重學(xué)習(xí)的是計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的講，就是處在硬件和軟件之間介面的描述，
也就是外特性。 這些不恰當(dāng)?shù)谋扔髦皇菐椭斫�，不可�?qiáng)求對(duì)應(yīng)，不然會(huì)有損科學(xué)的嚴(yán)密性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類：按"流"分類的方法，這是Flynn教授提出的按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性概念進(jìn)行分類的方法。共有四大類，即：(S-single 單一的。
I-instruction 指令 M-multiple 多倍的 D-data 數(shù)據(jù)) 。SISD 單指令流單數(shù)據(jù)流，傳統(tǒng)的單處理機(jī)屬于SISD計(jì)算機(jī)。 SIMD 單指令流多數(shù)據(jù)流，并行處理機(jī)是SIMD計(jì)算機(jī)的典型代表。我國(guó)的YH-I型是此類計(jì)算機(jī)型。 MISD 多指令流單數(shù)據(jù)流，實(shí)際上不存在，但也有學(xué)者認(rèn)為存在。 MIMD 多指令流多數(shù)據(jù)流，包括了大多數(shù)多處理機(jī)及多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。我國(guó)的YH-II型計(jì)算機(jī)是這種類型的計(jì)算機(jī)。一般將標(biāo)量流水機(jī)視為SISD類型，把向量流水機(jī)視為SIMD類型。 按"并行級(jí)"和"流水線"分類：這是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的三個(gè)子系統(tǒng)級(jí)別上按并行程度及流水線處理程度進(jìn)行分類的方法。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：
1.只加速使用頻率高的部件 ，這是最重要也是最廣泛采用的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。因?yàn)榧涌焯幚眍l繁出現(xiàn)事件對(duì)系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)比加速處理很少出現(xiàn)事件的影響要大。
2.阿姆達(dá)爾(Amdahl)定律 ，這個(gè)定律就是一個(gè)公式。應(yīng)會(huì)運(yùn)用此公式做一些計(jì)算或分析，所以要記住并理解其意義。 3.程序訪問(wèn)的局部性規(guī)律 。程序訪問(wèn)的局部性主要反映在時(shí)間和空間局部性兩個(gè)方面，時(shí)間局部性是指程序中近期被訪問(wèn)的信息項(xiàng)可能馬上將被再次訪問(wèn)，空間局部性指那些在訪問(wèn)地址上相鄰近的信息項(xiàng)很可能被一起訪問(wèn)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：存儲(chǔ)程序方式；指令串行執(zhí)行，并由控制器加以集中控制；單元定長(zhǎng)的一維線性空間的存儲(chǔ)器；使用低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示；單處理機(jī)結(jié)構(gòu)，以運(yùn)算器為中心。 改進(jìn)后的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)使其從原來(lái)的以運(yùn)算器為中心演變?yōu)橐源鎯?chǔ)器為中心。 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，主要是通過(guò)各種并行處理手段高提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能。 軟件、應(yīng)用和器件對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響 。軟件應(yīng)具有可兼容性，即可移植性。為了實(shí)現(xiàn)軟件的可移植性，
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