计算机体系结构的基本概念

计算机四大基础知识点总结计算机是现代社会不可或缺的一部分，它已经深入到我们的生活中的方方面面。

无论是工作、学习还是娱乐，我们都需要计算机来帮助我们处理数据、提高效率。

而要深入理解计算机，首先需要掌握计算机的四大基础知识点，包括计算机组织与体系结构、操作系统、数据结构与算法，以及编程语言。

一、计算机组织与体系结构1. 计算机的基本组成计算机主要由中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、输入设备、输出设备和存储设备组成。

CPU是计算机的“大脑”，它负责执行指令、控制数据流通。

RAM是计算机的临时存储区域，用来存储数据和程序。

输入设备是用来输入数据和指令的设备，比如键盘、鼠标等。

输出设备是用来展示计算结果的设备，比如显示器、打印机等。

存储设备是用来长期存储数据和程序的设备，比如硬盘、光盘等。

2. 计算机的体系结构计算机的体系结构包括指令系统、总线结构、存储系统和输入/输出系统。

指令系统是CPU执行指令的集合，包括指令格式、寻址方式和指令执行的时序规定。

总线结构用于连接 CPU、内存和输入/输出设备，传输数据和指令。

存储系统包括RAM和存储设备，用来存储数据和程序。

输入/输出系统负责将数据从输入设备传输到存储设备或输出设备，以及从存储设备传输到输出设备。

3. 计算机的工作原理计算机工作的基本原理可以概括为：输入、处理、输出和存储。

首先，计算机通过输入设备接收数据和指令。

然后，CPU根据指令执行相应的运算和逻辑操作，得到结果。

最后，计算机将结果通过输出设备展示给用户，同时也会将数据和程序存储在存储设备里。

4. 计算机的性能指标计算机的性能指标包括速度、存储容量和可靠性。

速度是指计算机执行任务的快慢，通常用处理器的主频来表示。

存储容量是指计算机能够存储数据和程序的大小，通常用RAM和硬盘容量来表示。

可靠性是指计算机运行稳定性和故障率，通常用故障率和平均时间故障间隔来表示。

二、操作系统1. 操作系统的功能操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机的接口。

计算机体系结构与并行处理计算机体系结构与并行处理是计算机科学领域中的重要概念。

本文将介绍计算机体系结构的基本原理、并行处理的概念及其应用，并附带题库类型的相关问题及解析。

一、计算机体系结构基本原理计算机体系结构是指计算机系统中各个硬件组件之间的结构关系和工作原理。

它包括计算机的各个层次结构，以及指令系统设计、存储器层次结构和总线结构等内容。

1. 数据通路与控制单元计算机体系结构中，数据通路用于处理和传输数据，控制单元则负责指导和协调各个硬件组件的工作。

数据通路包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器、数据缓冲器等，而控制单元则由指令寄存器(IR)、程序计数器(PC)和控制逻辑组成。

2. 存储器层次结构存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。

其中，寄存器是CPU内部用于保存数据和指令的最快速的存储器。

高速缓存则位于CPU与主存之间，用于加速数据的读写。

主存是计算机中用于存储程序和数据的主要存储设备。

而辅助存储器则用于长期存储数据和程序。

3. 指令系统设计指令系统是计算机体系结构的核心部分，它规定了计算机所能执行的指令集和执行方式。

指令集包括数据传输指令、算术逻辑指令、控制转移指令等。

指令系统设计的关键是平衡指令的功能和数量，以满足计算机的多样化需求。

4. 总线结构总线是计算机中用于数据传输的公共通道。

总线结构包括数据总线、地址总线和控制总线等。

数据总线用于传输数据，地址总线用于定位数据在存储器中的位置，而控制总线则用于传输控制信号。

二、并行处理的概念及应用并行处理是指多个处理器同时执行多个任务或同一任务的不同部分，以提高计算机系统的性能和效率。

它可以分为粗粒度并行和细粒度并行。

1. 粗粒度并行粗粒度并行是指将一个任务分成多个子任务，由多个处理器分别执行。

每个处理器独立地处理自己的子任务，最后将结果合并。

粗粒度并行适用于需要处理的数据量大、计算复杂度高的任务，如科学计算和大规模数据处理。

2. 细粒度并行细粒度并行是指将一个任务分成多个子任务，并行执行它们的不同部分。

计算机体系结构基础计算机体系结构是计算机科学中的一个重要概念，它定义了计算机硬件和软件之间的交互方式以及如何组织和设计计算机系统的结构。

本文将探讨计算机体系结构的基础知识，包括指令集体系结构、处理器架构和存储器层次结构。

一、指令集体系结构指令集体系结构（Instruction Set Architecture），简称ISA，是计算机体系结构的基础。

它定义了一组与硬件交互的指令集合，并规定了指令的格式、操作码和寻址方式等。

常见的指令集体系结构包括CISC （复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）。

CISC架构的特点是指令集复杂，提供了丰富的指令集合和多种寻址方式，使得每条指令可以执行多个操作。

而RISC架构则强调指令集的精简性和规范性，将更多的工作转移到编译器层面。

两者的选择取决于需求和设计目标，如应用场景的复杂度和对计算速度和资源利用效率的要求。

二、处理器架构处理器架构（Processor Architecture）决定了计算机的运算能力和效率。

处理器是计算机体系结构的核心部件，其结构和设计方式关系到计算机性能的提升和效能的增加。

传统的处理器架构采用单指令流单数据流（SISD）方式，即每次只能执行一条操作指令和一条数据流，效率有限。

而后来出现的多指令流多数据流（MIMD）方式，则能够同时处理多条指令和数据流，提高了计算能力和效率。

此外，处理器架构还包括流水线结构和超标量结构等。

流水线结构将一条指令的执行过程划分为多个阶段，使得各个阶段可以并行进行，从而提高整体执行效率。

超标量结构则允许多条指令并行执行，更进一步提高了计算速度。

三、存储器层次结构存储器层次结构（Memory Hierarchy）是计算机体系结构中的重要组成部分，用于解决计算机存储器访问速度和容量之间的矛盾。

它按照存取速度和容量的大小将存储器划分为多个层次。

存储器层次结构的基本原理是利用不同层次存储介质的速度和容量差异来平衡。

冯诺伊曼提出的计算机体系结构基本思想。

冯诺依曼的计算机体系结构基本思想是：
1、运算与控制:
运算和控制是计算机最基本的功能，也是冯诺伊曼体系结构最基本的思想。

它要求计算机具有一个功能齐全的计算机核心，即通过控制电路结构对指令和数据进行有序处理，以实现指令的输入、数据的运算、结果的存取等功能。

2、记忆与存储：
内存是计算机的核心，也是计算机的一大突破。

所以冯诺依曼计算机体系结构的思想之一就是要求计算机装有内存，以存储中间结果和最终结果，以便在控制系统内及时处理数据。

3、接口：
为了能够将计算机与外部系统连接，冯诺依曼计算机体系结构思想要求计算机必须有专用的接口，使外部系统可由此来为计算机提供输入及输出系统支持。

4、输入和输出：
冯诺伊曼体系结构还要求计算机具备输入和输出设备，可满足外部输入和输出需求。

输入设备可以实现键盘，读写儿磁盘等；输出设备
可以实现显示器，打印机等。

5、通信
由于多台计算机可以实现不同的功能，而且可以相互配合完成特定
的任务，冯诺依曼体系结构思想也要求计算机应有一个网络通信模块，用以实现内外网络通信功能和多台计算机之间的任务调度。

这就是冯诺依曼计算机体系结构基本思想，它将计算机从原来无法解
决实际问题的小发明，变成一种强力的计算机系统，使计算机真正成
为我们日常生活中必不可少的工具和帮助者。

计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。

Amdahl所定义的体现结构是指程序员面对的是硬件的系统。

所关心的是如何合理的进行软硬件功能的分配。

计算机系统结构是指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。

可以包含数据表示，寄存器定义、数量、使用方式，指令系统，中断系统，存存储系统，IO系统等。

计算机组成是计算机结构的逻辑实现。

可以包含数据通路宽度，专用部件设置，缓冲技术，优化处理等。

计算机的实现是指其计算机组成的物理实现。

包括处理机，主存部件的物理结构，器件的集成度，速度的选择，模块、硬件、插件底板的划分和连接。

从使用语言的角度，可以把计算机系统按功能从高到低分为7级：0应用语言机器级、1高级程序语言机器级、2汇编语言机器级、3操作系统机器级、4传统机器语言机器级、5微程序机器级和6电子线路级。

3～6级为虚拟机，其语言功能均由软件实现。

硬件功能分配的基本原则：（1）功能要求。

首先是应用领域对应的功能要求，其次是对软件兼容性的要求；（2）性能要求。

如运算速度，存储容量，可靠性，可维护性和人机交互能力等；（3）成本要求。

体系结构设计的方法有三种：由上而下－从考虑如何满足应用要求开始设计；由下而上－基于硬件技术所具有的条件；由中间开始的方法。

体系设计的步骤：需求分析、需求说明、概念性设计、具体设计、优化和评价。

计算机体系结构的分类：（1）弗林FL YNN分类法：按指令流和数据流将计算机分为4类：①单指令流、单数据流－Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD。

计算机，即传统的单处理机，通常用的计算机多为此类，如脉动阵列计算机systolic array；②单指令流、多数据流－Multiple，SIMD。

典型代表是并行处理机。

其并行性在于指令一级。

如ILLIAC、PEPE、STARAN、MPP等；③MISD计算机；④MIMD计算机。

计算机体系结构基本概念计算机体系结构是指计算机系统中的各个组成部分之间的关系和交互方式。

它是计算机硬件与软件之间的接口，决定了计算机系统的工作方式、性能表现以及可扩展性。

本文将介绍计算机体系结构的基本概念和相关内容。

一、计算机体系结构的概述计算机体系结构是指计算机系统的结构组织，包括硬件和软件。

主要由计算机硬件、指令系统、运算方式和数据流组成。

计算机体系结构的目标是提供高性能、可靠性、可扩展性和高效能的计算机系统。

计算机体系结构的设计通常以指令集架构和微架构为基础。

二、指令集架构指令集架构是计算机体系结构中的一个重要概念。

它定义了计算机系统处理信息的方式。

指令集架构包括计算机的指令集、寄存器、数据类型和地址模式等。

根据指令集的不同，可以将计算机体系结构分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。

三、微架构微架构是指计算机体系结构的实现方式。

它包括处理器的内部结构、数据通路、控制流和存储相关的电路设计。

微架构的设计影响着计算机系统的性能和功能。

常见的微架构包括超标量、乱序执行和流水线等。

四、存储结构与存储器层级存储结构是指计算机系统中用于存储数据的层次结构。

存储器层级分为寄存器、高速缓存、内存和辅助存储器等。

不同层级的存储器具有不同的特点，如容量、速度和价格等。

存储结构的设计旨在提高计算机系统的访问速度和运行效率。

五、总线结构总线结构是计算机体系结构中连接各个组件的通信系统。

它包括地址总线、数据总线和控制总线等。

总线结构的设计影响着计算机系统的数据传输速度和可扩展性。

六、并行处理与多核技术并行处理是指多个处理器或计算单元同时执行指令，提高计算机系统的运行速度和性能。

多核技术则是将多个处理核心集成到同一个芯片上，实现并行运算。

并行处理和多核技术在高性能计算、科学计算和图像处理等领域得到广泛应用。

七、虚拟化技术虚拟化技术是指通过软件将计算机资源抽象为多个逻辑实体，实现多个操作系统和应用程序的隔离和共享。

第一章计算机系统结构基本概念1、从(使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。

2、计算机系统结构的层次结构由高到低分别为（应用语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级）。

3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序.4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。

5、汇编语言程序经（汇编程序)的（翻译）成机器语言程序。

6、在操作系统机器级,一般用机器语言程序(解释)作业控制语句。

7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。

8、微指令由（硬件）直接执行。

9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构)的集合体。

10、目前M0由（硬件)实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。

以(软件）为主实现的机器成为虚拟机.（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。

11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计）,带来的不利是（无法控制）。

12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。

它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统)的抽象。

13、计算机组成指的是(计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成及逻辑设计等。

计算机实现指的是(计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术.14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构)，乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。

15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）.16、设计何种系列机属于（计算机系统结构），系列机内不同型号计算机的组织属于(计算机组成).17、是否采用通道方式输入输出的确定属于（计算机系统结构）,通道采用结合型还是独立型属于（计算机组成）.18、对PDP—11或V AX—11来说，单总线结构属于（计算机系统结构），其机器级的I/O连接和使用方式属于（计算机组成)。