计算机的结构体系是什么

[产业结构偏离度的定义是什么？如何计算]结构偏离度指某一产业的就业比重与增加值比重之差。一般来说，结构偏离度与劳动生产率成反比。而且，结构偏离度大于零（正偏离），也即该产业的就业比重大于增加值比重，意味着该产业的...+阅读

计算机的结构体系是什么

计算机系统结构主要研究计算机系统的基本工作原理，以及在硬件、软件界面划分的权衡策略，建立完整的、系统的计算机软硬件整体概念。计算机系统结构指的是什么？是一台计算机的外表？还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构？都不是，那么它是什么？计算机系统结构就是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的＂系统结构＂是指什么呢？它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是＂系统结构＂研究的问题了。系统结构只管到这一层。关于计算机系统的多层次结构，用＂人＂这种动物的不恰当的例子列表对比如下：（这种联系很不科学，只是大家轻松一下）。计算机系统人应用语言级为人民服务级高级语言级读书、学习级汇编语言级语言、思维级操作系统级生理功能级传统机器级人体器官级微程序机器级细胞组织级电子线路级分子级传统机器级以上的所有机器都称为虚拟机，它们是由软件实现的机器。软硬件的功能在逻辑上是等价的，即绝大多部分硬件的功能都可用软件来实现，反之亦然。计算机系统结构的外特性，一般应包括以下几个方面（这也就是我们要分章学习的几个章节）把这几个方面弄清了，系统结构也就基本明确了：

（1）指令系统

（2）数据表示

（3）作数的寻址方式

（4）寄存器的构成定义

（5）中断机构和例外条件

（6）存储体系和管理

（7）I/O结构

（8）机器工作状态定义和切换

（9）信息保护。所以在以后的学习中常回头想想这是系统结构的哪一方面，这对把握全局有好处。这里提一下计算机系统结构的内部特性，计算机系统结构的内特性就是将那些外特性加以＂逻辑实现＂的基本属性。所谓＂逻辑实现＂就是在逻辑上如何实现这种功能，比如＂上帝＂给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，这就是鸡系统的某一外特性，那怎么消化呢，就要通过鸡喙吃进食物和砂石，再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物，这里的吃和蠕动等操作就是内特性。还有一个就是计算机实现，也就是计算机组成的物理实现。它主要着眼于器件技术和微组装技术。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是＂鸡实现＂。据此我们可以分清计算机系统的外特性、内特性以及物理实现之间的关系。在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的。因此，计算机系统结构有时就简称为指令集系统结构。我们这门课注重学习的是计算机的系统结构，传统的讲，就是处在硬件和软件之间介面的描述，也就是外特性。这些不恰当的比喻只是帮助理解，不可强对应，不然会有损科学的严密性。计算机系统结构的分类按＂流＂分类的方法，这是Flynn教授提出的按指令流和数据流的多倍性概念进行分类的方法。共有四大类，即：（S-single 单一的 I-instruction 指令 M-multiple 多倍的 D-data 数据） SISD 单指令流单数据流，传统的单处理机属于SISD计算机。 SIMD 单指令流多数据流，并行处理机是SIMD计算机的典型代表。我国的YH-I型是此类计算机型。 MISD 多指令流单数据流，实际上不存在，但也有学者认为存在。 MIMD 多指令流多数据流，包括了大多数多处理机及多计算机系统。我国的YH-II型计算机是这种类型的计算机。一般将标量流水机视为SISD类型，把向量流水机视为SIMD类型。按＂并行级＂和＂流水线＂分类：这是在计算机系统中的三个子系统级别上按并行程度及流水线处理程度进行分类的方法。 -------------------------------------------------------------------------------- 二、计算机系统的设计准则 1.只加速使用频率高的部件这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。因为加快处理频繁出现事件对系统的影响远比加速处理很少出现事件的影响要大。 2.阿姆达尔（Amdahl）定律这个定律就是一个公式：即应会运用此公式做一些计算或分析，所以要记住并理解其意义。 3.程序访问的局部性规律程序访问的局部性主要反映在时间和空间局部性两个方面，时间局部性是指程序中近期被访问的信息项可能马上将被再次访问，空间局部性指那些在访问地址上相邻近的信息项很可能被一起访问。三、计算机系统结构的发展冯·诺依曼计算机的主要特点是：存储程序方式；指令串行执行，并由控制器加以集中控制；单元定长的一维线性空间的存储器；使用低级机器语言，数据以二进制表示；单处理机结构，以运算器为中心。改进后的冯·诺依曼计算机使其从原来的以运算器为中心演变为以存储器为中心。从系统结构上讲，主要是通过各种并行处理手段高提高计算机系统性能。软件、应用和器件对系统结构发展的影响软件应具有可兼容性，即可移植性。为了实现软件的可移植性，可用以下方法：模拟：用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统，这种用实际存在的机器语言解释实现软件...

计算机系统结构是关于什么的

计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。通常包含的系统元素有：计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。其中，软件是程序、数据结构和相关文档的集合，用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制；硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备（例如传感器、马达、水泵等）；人员是硬件和软件的用户和操作者；数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合；文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息；过程是一系列步骤，它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻留的过程性语境。计算机体系结构

RISC计算机的体系结构

RISC体系结构传统的CISC(Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机)结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，在CISC指令集合的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%，显然，这种结构不太合理的。基于以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)的概念，RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使极端机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或者少用微码控制等措施来达到以上目的。到目前为止，RISC体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC体系结构应具有如下特点：- 采用固定长度的指令格式，指令归整，简单，基本寻址方式有2~3种 - 使用单周期指令，便于流水线操作执行 - 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率 - 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率 - 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率 - 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理 - 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率当然，和CISC结构相比较，尽管RISC架构有上述的优点，但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，事实上，RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势。卡内基梅隆大学这样定义RISC的特点为：

1、大多数指令在单周期内完成

2、采用LOAD/STORE结构。因为访问存储器指令所需要的时间比较长，在指令系统中要尽量减少这类指令，所以RISC指令中只保留不可再少的LOAD/STORE两种存储器访问指令。

3、硬布线控制逻辑。使得大多数指令在单周期内执行完成，以减少为程序技术中的指令解释开销。

4、减少指令和寻址方式的种类

5、固定的指令格式

6、译码优化其实目前RISC还具有以下特点

1、面向寄存器结构

2、注重提高流水线的执行效率，尽量让减少流水线断流，提高流水线效率

3、优化编译技术下面说明一下RISC中的关键技术

1、延时转移技术：在RISC处理机中采用流水线工作方式，取指令和执行指令并行工作，那么当遇到条件转移指令时，流水线可能断流。为了尽量保证流水线的执行效率，在转移指令之后插入一条有效的指令，而转移指令好像被延时了，这样了技术即为延迟转移技术。通常指令序列的调整由编译器自动进行。需要注意的是：调整指令序列是不能改变原有程序的数据关系；被移动的指令不破坏机器的条件码。

2、指令取消技术由于采用指令延迟技术中，遇到条件转移指令时，调整指令序列比较困难，采用了指令取消技术。所有转移指令和数据变换指令都可以决定待执行指令是否应该取消。为了提高执行效率，采用取消规则为：如果向后转移（转移的目标地址小雨当前程序计数器PC值），则转移不成功时取消下一条指令，否则执行下一条指令；如果向前转移，则相反，在转移不成功时执行下一条指令，否则取消。

3、重叠寄存器窗口技术由于RISC的指令系统比较简单，通常采用一段子程序来实现。因此RISC中的CALL和RETURN非常多，而且都需要通过堆栈操作保存前一过程指针、数据等。为了尽量减少因为CALL和RETURN操作访问存储器的量，提出了重叠寄存器窗口技术。基本思想：在处理器中设置一个数量较大的寄存器堆，并划分成窗口。每个过程使用其中的三个窗口和一个公共窗口，而在这些窗口中有一个窗口式前一个过程公用的，还有一个窗口是与后一个过程共用。与前一过程公用的窗口可以用来存放前一过程传递被本过程的参数。

4、指令流水调整技术为了保持指令流水线高效率，不断流，优化编译器必须分析程序的数据流和控制流。当发现指令有断流可能时，要调整指令顺序。有些可以通过变量重命名来消除的数据相关，要尽量消除。例如：ADD R1,R2,R3; (R1)+(R2)->R3 ADD R3,R4,R5; (R3)+(R4)->R5 MUL R6,R7,R3; (R6)*(R7)->R3 MUL R3,R8,R9; (R3)*(R8)->R9 调整指令后 ADD R1,R2,R3; MUL R6,R7,R0; ADD R3,R4,R5; MUL R0,R8,R9；调整指令后，速度可以提高一倍

5、硬件为主固件为辅指令系统采用为程序实现的优点：便于实现复杂指令，便于修改指令系统，增加机器的灵活性，但是速度慢。所以RISC一般采用硬件为主固件为辅的方法实现指令。