計算機系統結構論文

　　計算機系統結構是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷髮展，未來的計算機將會朝著微型化、網路化和智慧化的方向發展。下面是小編給大家推薦的，希望大家喜歡!

　　篇一

　　《計算機系統結構簡述》

　　摘要：計算機系統結構是一個有多個層次組合而成的有機整體，隨著科技的不斷髮展，未來的計算機將會朝著微型化、網路化和智慧化的方向發展，為了使大家對計算機系統結構有一個大概的瞭解，本文主要介紹了計算機系統結構的一些基本概念、計算機系統結構的發展、計算機系統結構的分類方法和計算機系統設計的方法。

　　關鍵詞：計算機系統結構;馮・諾依曼結構;Flynn分類法;馮氏分類法

　　世界上第一臺電子計算機ENIAC誕生於1946年，在問世將近70年的時間裡，計算機共歷經電子管計算機時代、電晶體計算機時代、中小規模積體電路計算機時代、大規模和超大規模積體電路計算機時代和巨大規模積體電路計算機時代，計算機更新換代的一個重要指標就是計算機系統結構。

　　1 計算機系統結構的基本概念

　　1.1 計算機系統層次結構的概念

　　現代計算機系統是由硬體和軟體組合而成的一個有機整體，如果繼續細分可以分成7層。L0：硬聯邏輯電路;L1：微程式機器級;L2：機器語言級;L3：作業系統級;L4：組合語言級;L5：高階語言級;L6：應用語言級。其中L0級由硬體實現;L1級的機器語言是微指令級，用韌體來實現;L2級的機器語言是機器指令集，用L1級的微程式進行解釋執行;L3級的機器語言由傳統機器指令集和作業系統級指令組成，除了作業系統級指令由作業系統解釋執行外，其餘用這一級語言編寫的程式由L2和L3共同執行;L4級的機器語言是組合語言，該級語言編寫的程式首先被翻譯成L2或L3級語言，然後再由相應的機器執行;L5級的機器語言是高階語言，用該級語言編寫的程式一般被翻譯到L3或L4上，個別的高階語言用解釋的方法實現;L6級的機器語言適應用語言，一般被翻譯到L5級上。

　　1.2 計算機系統結構的定義

　　計算機系統結構較為經典的定義是Amdahl等人在1964年提出的：由程式設計者所看到的一個計算機系統的屬性，即概念性結構和功能特性。由於計算機具有不同的層次結構，所以處在不同層次的程式設計者所看到的計算機的屬性顯然不同。

　　2 計算機系統結構的發展

　　2.1 傳統系統結構

　　當Amadahl在1964年提出計算機系統結構的定義時，也提出了採用系列機的思想，它的出現被譽為計算機發展史上的一個重要里程碑。當人們普遍採用系列機思想後，較好的把硬體技術飛速發展與軟體環境要求相對穩定的矛盾解決了，這就要求系列機的系統結構需要在相當長的時間內保持基本不變。其中，最重要的是保持它的資料表示、指令系統以及其他概念性的結構保持不變。

　　2.2 馮・諾依曼結構

　　馮・諾依曼結構***也稱普林斯頓結構***是美國數學家馮・諾依曼在1946年提出的，他將計算機分為五大部件：運算器;控制器;儲存器;輸入裝置;輸出裝置。其基本思想是儲存程式，主要特點是：***1***單處理機結構，機器以運算器為中心;***2***採用程式儲存思想;***3***指令和資料一樣可以參與運算;***4***資料以二進位制表示;***5***將軟體和硬體完全分離;***6***指令由操作碼和運算元組成;***7***指令順序執行。

　　2.3 對馮・諾依曼結構的改進

　　為了更好的優化計算機系統結構，人們不斷對馮・諾依曼結構進行改進，總的來說，共採用兩種方法。一種是在馮・諾依曼結構的基礎上進行“改良”;另一種是採用“革命”的方法，即脫離馮・諾依曼結構，和其工作方式完全不同，統成為非馮・諾依曼結構。

　　2.4 哈佛結構

　　哈佛結構的計算機分為三大部件：***1***CPU;***2***程式儲存器;***3***資料儲存器。它的特點是將程式指令和資料分開儲存，由於資料儲存器與程式儲存器採用不同的匯流排，因而較大的提高了儲存器的頻寬，使之數字訊號處理效能更加優越。

　　2.5 其他系統結構

　　馮・諾依曼結構開啟了計算機系統結構發展的先河，但是因為其集中、順序的的控制而成為效能提高的瓶頸，因此各國科學家仍然在探索各種非馮・諾依曼結構，比如，資料流計算機，函數語言程式設計語言計算機等都是較為著名的非馮・諾依曼結構。

　　3 計算機系統結構的分類方法

　　研究計算機系統結構的分類方法可以幫助我們加深對計算機系統結構和組成特點的認識以及對系統工作原理和效能的理解。下面簡單介紹2種比較常用的分類方法：Flynn分類法;馮氏分類法。

　　3.1 Flynn分類法

　　由於計算機系統結構由多級層次構成，因此在設計計算機系統結構時就可以有三種方法：***1***“從下往上”設計;***2***“從上往下”設計;***3***“從中間開始”設計。

　　4.1 “從下往上”設計

　　首先根據能夠得到的硬體，參照已經生產出來的各種機器的特點，開發出將微程式機器級和傳統機器級設計出來，然後依次往上設計，最後將面向機器的虛擬機器器級設計出來。在硬體技術高速發展而軟體技術發展相對較慢的今天，如果繼續採用這種設計方法，會導致軟體和硬體的脫離，因此已經很少使用這種方法。