计算机体系架构
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
专升本计算机系统结构
专升本计算机系统结构指令集体系结构是计算机硬件和软件之间的接口规范，它定义了计算机操作的指令集合、操作数寻址方式、寄存器等相关信息。
不同的计算机体系结构有不同的指令集体系结构，比如常见的x86、ARM、MIPS等。
学习指令集体系结构，可以帮助我们了解计算机的指令格式和编程规范，从而能够编写高效的程序。
计算机组织结构是指计算机硬件实现的方式，包括了处理器的内部结构、寄存器和内存的组织方式、数据通路和控制单元的设计等。
计算机组织结构决定了计算机的性能和能力。
学习计算机组织结构，可以帮助我们了解计算机内部的运行机制，从而能够优化程序和设计高效的计算机系统。
硬件/软件接口是指计算机硬件与软件之间的连接方式和接口协议。
计算机硬件通过接口向软件提供服务，而软件通过接口与硬件进行通信。
硬件/软件接口的设计关系到计算机系统的可扩展性和兼容性。
学习硬件/软件接口，可以帮助我们了解计算机硬件和软件之间的通信过程，从而能够进行系统的设计和优化。
在计算机系统结构的学习中，学生需要掌握的技术和方法包括了设计和实现计算机指令集架构、处理器和存储器的设计和仿真、总线和I/O接口的设计和实现、操作系统和编译器的开发等。
这些技术和方法能够帮助我们理解和应用计算机系统结构的原理，从而能够进行计算机系统的设计、优化和调试工作。
总结起来，计算机系统结构是计算机专业学生需要掌握的核心知识之一、它涉及到计算机硬件和软件之间的关系，并且包括了计算机的组织结构、指令集、寻址方式、总线结构、内存存储器和外设等组成部分。
学生需要通过学习指令集体系结构、计算机组织结构和硬件/软件接口等知识，掌握计算机系统结构的基本概念和原理，并且能够应用到实际的计算机系统设计和开发中。
计算机体系结构知识点
第一章计算机体系结构得基本概念1 计算机系统结构得经典定义程序员所瞧到得计算机属性，即概念性结构与功能特性。
2 透明性在计算机技术中，把这种本来存在得事物或属性，但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。
3 系列机由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。
4 常见得计算机系统结构分类法有两种：Flynn 分类法、冯氏分类法Flynn 分类法把计算机系统得结构分为4 类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)5 改进后程序得总执行时间系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比6CPI(Cycles Per Instruction ):每条指令执行得平均时钟周期数CPI = 执行程序所需得时钟周期数／IC7 存储程序原理得基本点：指令驱动8冯•诺依曼结构得主要特点1 以运算器为中心。
2 在存储器中，指令与数据同等对待。
指令与数据一样可以进行运算，即由指令组成得程序就是可以修改得。
3 存储器就是按地址访问、按顺序线性编址得一维结构，每个单元得位数就是固定得。
4 指令得执行就是顺序得5 指令由操作码与地址码组成。
6 指令与数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。
9 软件得可移植性一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。
差别只就是执行时间得不同。
我们称这两台计算机就是软件兼容得。
实现可移植性得常用方法:采用系列机、模拟与仿真、统一高级语言。
软件兼容：向上（下）兼容：按某档机器编制得程序，不加修改就能运行于比它高（低）档得机器。
向前（后）兼容：按某个时期投入市场得某种型号机器编制得程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场得机器。
向后兼容就是系列机得根本特征。
兼容机：由不同公司厂家生产得具有相同系统结构得计算机。
10 并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
计算机组成-冯·诺依曼体系结构
计算机组成-冯·诺依曼体系结构计算机组成 - 冯·诺依曼体系结构⽬录计算机组成原理⽬录：计算机组成原理在整个计算机课程中的地位如下图所⽰：图1：计算机体系结构计算机组成原理这门课会围绕冯·诺依曼体系的五⼤组成部分展开，分别介绍运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构(Von Neumann architecture)，也叫存储程序计算机。
什么是存储程序计算机呢？这⾥⾯其实暗含了两个概念：可编程计算机：计算机是由各种门电路组合⽽成的，然后通过组装出⼀个固定的电路板，来完成⼀个特定的计算程序。
⼀旦需要修改功能，就要重新组装电路。
这样的话，计算机就是“不可编程”的。
如计算器就是不可编程的。
存储计算机。
⽐如内存和硬盘都是存储设备。
图2：冯·诺依曼体系结构⽰意图处理器单元(Processing Unit)：⾸先是⼀个包含算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）和处理器寄存器（ProcessorRegister）的处理器单元（Processing Unit），⽤来完成各种算术和逻辑运算。
因为它能够完成各种数据的处理或者计算⼯作，因此也有⼈把这个叫作数据通路（Datapath）或者运算器。
控制器单元(Control Unit/CU)：是⼀个包含指令寄存器（Instruction Register）和程序计数器（Program Counter）的控制器单元（Control Unit/CU），⽤来控制程序的流程，通常就是不同条件下的分⽀和跳转。
在现在的计算机⾥，上⾯的算术逻辑单元和这⾥的控制器单元，共同组成了我们说的 CPU。
存储器存储器：⽤来存储数据（Data）和指令（Instruction）的内存。
以及更⼤容量的外部存储，在过去，可能是磁带、磁⿎这样的设备，现在通常就是硬盘。
计算机体系结构
计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件、软件和数据组成的结构体系。
它涵盖了计算机内部各个部件的组织方式，以及它们之间的连接和交互方式。
计算机体系结构的设计与实现直接影响计算机的性能、可靠性和可扩展性。
I. 介绍计算机体系结构是计算机科学中的重要研究领域，它关注的是在硬件和软件层面上如何组织计算机系统，以实现高性能、可靠性、可扩展性等要求。
计算机体系结构的研究内容广泛，包括指令集架构、处理器设计、内存层次结构、输入输出系统等等。
II. 指令集架构指令集架构是计算机体系结构的核心部分，它定义了计算机的指令集以及执行这些指令的方式。
指令集架构一般分为精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）两种。
RISC架构追求指令集的简洁和规整，通过减少指令的种类和提高指令的执行效率来提高计算机的性能。
而CISC架构则倾向于提供更多且复杂的指令，以方便编程和提高代码的密度。
III. 处理器设计处理器是计算机的核心部件，它执行指令、进行数据处理和控制计算机的各个部分。
处理器设计的目标是提高计算速度和性能，并支持更多的并行计算。
现代处理器常采用流水线、超标量、乱序执行等技术，以提高指令的执行效率。
除了性能，处理器设计还需要考虑功耗、散热等问题。
IV. 内存层次结构计算机的内存层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储等层次。
这些层次的设计目的是提供多级别的存储，以满足不同速度和容量要求的数据访问。
其中，高速缓存是处理器与主存之间的缓冲存储器，它通过存储最常用的数据和指令，减少了处理器对主存的访问次数，提高了数据访问速度。
V. 输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行通信的接口，它负责将数据传输到或从外部设备传输到计算机。
现代计算机的输入输出系统包括各种接口标准和协议，如USB、HDMI、以太网等。
输入输出系统的设计需要考虑数据传输速度、可靠性和兼容性等因素，以满足不同的应用需求。
VI. 发展趋势计算机体系结构领域一直在不断发展和创新。
计算机体系结构基本概念
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。
计算机专业的计算机体系结构
计算机专业的计算机体系结构计算机体系结构是计算机科学与技术中一个重要的领域，它研究计算机的组成、架构和设计原理。
计算机体系结构与计算机组成原理有密切关系，是计算机硬件设计的核心内容之一。
本文将从计算机体系结构的定义、基本原理以及实际应用等方面进行论述。
一、计算机体系结构的定义和目标计算机体系结构是指计算机的硬件和软件组成的总体结构，它包括计算机的处理器、存储器、I/O设备等各个组件以及它们之间的连接方式和控制方式。
计算机体系结构的目标是提供一种满足用户需求的高性能、可靠、可扩展和可移植的计算机系统。
二、计算机体系结构的基本原理1.冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基本原理之一。
它采用存储程序的概念，将数据和指令存储在同一存储器中，通过控制器和运算器对数据进行处理。
这种体系结构具有指令流和数据流的特点，简化了计算机的设计和程序的编写。
2.并行处理并行处理是指利用多个处理器同时处理多个任务或多个部分任务的技术。
并行处理可以提高计算机的性能和吞吐量，实现更快的数据处理和更高的效率。
常见的并行处理方式包括向量处理、流水线处理和多核处理等。
3.存储器层次结构存储器层次结构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它通过不同速度和容量的存储器层次来提供高速缓存和大容量存储器的组合，以满足计算机系统对数据存取的要求。
存储器层次结构的设计需要权衡存储器性能、成本和功耗等因素。
三、计算机体系结构的实际应用1.超级计算机超级计算机是计算机体系结构中性能最高的一类计算机。
它通常由多个处理器、大容量存储器和高性能的I/O设备构成，用于处理科学计算、工程分析和大规模数据处理等高性能计算任务。
2.嵌入式系统嵌入式系统是计算机体系结构中应用广泛的一类系统。
它将计算机技术与各种工程技术相结合，嵌入到各种设备和系统中，具有实时性、稳定性和低功耗的特点。
嵌入式系统广泛应用于智能手机、汽车、医疗设备等领域。
计算机系统体系结构
计算机系统体系结构计算机系统体系结构是指计算机硬件和软件之间的组织结构，它是计算机系统的基础。
计算机系统体系结构包括计算机的组成部分、它们之间的连接方式、数据传输方式、指令集和操作系统等。
计算机系统体系结构的设计和实现对计算机的性能、可靠性、安全性和可维护性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构的组成部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备（I/O设备）和总线等。
中央处理器是计算机系统的核心部件，它负责执行指令、控制计算机的运行和处理数据。
内存是计算机系统中存储数据和程序的地方，它是计算机系统的重要组成部分。
输入输出设备是计算机系统与外部世界交互的方式，它包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
总线是计算机系统中各个组成部分之间传输数据和指令的通道，它是计算机系统的重要组成部分。
计算机系统体系结构的连接方式包括并行连接和串行连接。
并行连接是指多个设备同时连接到计算机系统中，它可以提高计算机系统的处理速度和效率。
串行连接是指一个设备连接到计算机系统中，它可以减少计算机系统的复杂度和成本。
计算机系统体系结构的数据传输方式包括同步传输和异步传输。
同步传输是指数据在固定的时间间隔内传输，它可以提高数据传输的稳定性和可靠性。
异步传输是指数据在不固定的时间间隔内传输，它可以提高数据传输的灵活性和效率。
计算机系统体系结构的指令集是计算机系统中的指令集合，它是计算机系统的重要组成部分。
指令集包括操作码和操作数，它可以控制计算机系统的运行和处理数据。
指令集的设计和实现对计算机系统的性能、可靠性和安全性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构的操作系统是计算机系统中的软件系统，它是计算机系统的重要组成部分。
操作系统可以管理计算机系统的资源，控制计算机系统的运行和处理数据。
操作系统的设计和实现对计算机系统的性能、可靠性和安全性等方面都有着重要的影响。
计算机系统体系结构是计算机系统的基础，它对计算机系统的性能、可靠性、安全性和可维护性等方面都有着重要的影响。
计算机体系结构
一、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FLYNN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。
计算机的体系结构
计算机的体系结构计算机的体系结构是指计算机硬件系统整体组成的结构形式，主要包括硬件组成、指令系统、运算方式和数据路径等。
以下将从四个方面详细介绍计算机的体系结构。
1. 硬件组成计算机的硬件组成主要包括输入设备、输出设备、存储设备和中央处理器（CPU）等。
输入设备主要包括键盘、鼠标、扫描仪等，用于将人类活动转化为计算机可以理解的形式。
输出设备主要包括显示器、打印机等，用于将计算机的结果转化为人类可以理解的形式。
存储设备主要包括硬盘、U盘、内存等，用于存储计算机的数据和程序。
CPU是计算机的核心部件，主要负责计算、控制和存储数据等操作。
2. 指令系统指令系统是计算机执行程序的基础，它决定了计算机可以执行哪些操作以及如何执行。
不同的计算机有不同的指令系统，但它们大多都包括算术逻辑指令、数据传送指令、控制指令等。
算术逻辑指令主要用于完成数值运算和逻辑运算，数据传送指令用于将数据从一个位置传送到另一个位置，控制指令用于控制程序的执行流程。
3. 运算方式计算机的运算方式主要包括定点运算、浮点运算、矢量运算和并行运算等。
其中，定点运算主要用于整数运算，浮点运算用于实数运算，矢量运算用于计算向量和矩阵等复杂数据结构，而并行运算则可以同时执行多个指令，提高计算机的运算速度。
4. 数据路径数据路径是指计算机中用于传输数据和指令的路径。
它由总线、寄存器、运算器等组成。
总线主要用于将计算机各部件之间的数据传输，寄存器用于存储指令和数据，运算器用于执行指令操作。
在数据路径中，还有许多重要的部件如ALU（算术逻辑单元）、Cache（高速缓存）、MMU（内存管理单元）等等，它们的设计和性能都对计算机的整体性能有着决定性的影响。
综上所述，计算机的体系结构是计算机硬件系统整体组成的结构形式，主要包括硬件组成、指令系统、运算方式和数据路径等。
对于计算机发展和应用的推动具有重要意义，同时，也能够为我们理解计算机的工作原理提供重要帮助。
计算机体系结构
计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。
以下是一些主要的知识点：
1. 存储程序计算机（冯诺依曼型）：这种类型的计算机包括运算器、存储器、输入输出设备和控制器四部分。
它以运算器为中心，采用存储程序原理，即程序（指令）和数据放在同一存储器中。
此外，存储器按地址访问，控制流由指令流产生，指令由操作码和地址码组成，数据以二进制代码表示。
2. 程序员所看到的机器属性：这包括数据表示，即硬件能直接辨认和处理的数据类型；寻址规则，包括最小寻址单元，寻址方式及其表示；寄存器定义，包括各种寄存器的定义，数量和使用方式。
3. 指令系统：指令系统是计算机中用来计算和控制的命令集合。
4. 流水线技术：这是一种提高处理器执行指令速度的技术，将指令执行过程分解为多个阶段，并让各阶段的操作重叠进行。
5. 存储层次：存储层次是指把内存划分为不同的等级，以满足不同的存储需求。
6. 输入输出系统：这是负责计算机与外部信息交互的部分。
7. 多处理机和非冯-洛依曼型计算机：这些是计算机体系结构中的高级主题。
计算机体系结构
计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机系统中由硬件和软件组成的总体架构，它是计算机系统结构的核心。
其组成部分有如下：
一、中央处理单元(CPU)：
CPU是计算机系统的核心单元，它负责执行程序指令、执行运算、管理程序的运行等功能。
CPU可以分为两个部分，一部分是控制单元，另一部分是运算单元。
控制单元负责管理指令的执行，运算单元负责计算和记录数据。
二、主存储器：
主存储器是计算机内部最重要的一部分，它把程序和数据存储在一个可以轻易访问的位置。
主存储器中存储的数据和指令会被CPU提取，然后被执行。
三、输入设备：
输入设备是将外部信息传入到计算机系统中的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输入到计算机系统中。
常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、摄像头等。
四、输出设备：
输出设备是将计算机中处理后的结果传送到外部的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输出到外部。
常见的输出设备有显示器、打印机、喇叭等。
五、存储设备：
存储设备是一个用于存储数据或信息的设备，它能够在计算机系统和外部之间进行数据的传输，以便保存和备份数据。
常见的存储设备有U盘、硬盘、闪存盘等。
六、网络设备：
网络设备是一种连接计算机网络的电子设备，它可以帮助构建和维护网络。
由于网络设备可以提高网络的可靠性和安全性，所以它也被称为“神奇的桥梁”。
常见的网络设备有路由器、交换机、集线器等。
计算机体系结构是一种复杂而完备的系统架构，它具有功能完善、稳定可靠、计算能力强等特点。
以上就是计算机体系结构的主要组成部分。
计算机体系结构
• 硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。 硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可 以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件 或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计 算机硬件系统。 • 计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等 多种结构形式，其硬件主要包括: 运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备等部件。 • 计算机体系结构指的是构成计算机系统主 要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些 部件之间的连接方式。
3．小型机的总线型结构 （3）以存储器为中心的双总线结构
图3-6是以存储器为中心的双总线结构。这种结构既保持了 单总线结构的优点，又在CPU和主存储器之间设置了一组高 速存储总线，供CPU与主存储器交换信息。当主存储器通过 存储总线和CPU交换信息时，主存储器还可以通过系统总线 和I/O设备交换信息，而不必经过CPU控制，即减轻了系统 总线的负担，又提高了传输速率。缺点是需要增加硬件。
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（1）PCI总线
• PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是当 前常用的总线之一，该总线是由 Intel、IBM、DEC公司 所定制的一种局部总线。PCI总线与CPU之间没有直接 相连，而是经过桥接（Bridge）芯片组电路连接。该总 线稳定性和匹配性出色，提升了CPU的工作效率，扩展 槽可达3个以上。它定义了32位数据总线，且可扩展为 64位。
4．大、中型计算机的通道型结构
图3-7是大、中型计算机的通道型结构，分主机、通道、 I/O控制器和I/O设备四级。组成大、中型计算机的目的 是为了扩大系统的功能和提高系统的效率。扩大系统 的功能要求配备日益增多的硬件和软件资源，提高系 统的效率则强调合理地管理和调度资源。 软件资源的增多， 信息存储问题就十 分突出，促使由一 级存储发展到多级 存储，甚至在主存 储器一级也采用多 存储体交叉访问技 术，出现了以存储 系统为核心的计算 机系统结构。
计算机体系结构的基础知识
计算机体系结构的基础知识计算机体系结构是计算机科学的核心概念之一，它描述了计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机中的处理方式。
本文将介绍计算机体系结构的基础知识，包括计算机硬件组成、指令集架构和存储体系结构等方面。
一、计算机硬件组成计算机硬件是构成计算机体系结构的基本组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备等。
中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和进行数据处理。
内存是计算机的临时存储器，用于存放程序和数据。
输入输出设备用于和外部环境进行数据交互。
存储设备用于长期保存程序和数据。
二、指令集架构（ISA）指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口规范，定义了硬件对软件提供的指令集。
指令集架构分为两种类型：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
CISC架构的指令集较为复杂，一条指令可以完成多个操作，而RISC架构的指令集较为简单，每条指令只能完成一个操作。
三、存储体系结构存储体系结构是指计算机中用于存储程序和数据的组织方式。
常见的存储体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
冯·诺依曼体系结构将指令和数据存储在同一个存储器中，而哈佛体系结构则将指令和数据分开存储在不同的存储器中。
四、并行处理并行处理是指同时进行多个任务或操作的计算方式，可以提高计算机的处理能力。
常见的并行处理方式包括向量处理、多处理器和多核处理器等。
向量处理将一组数据作为一个向量进行操作，多处理器同时执行不同的任务，而多核处理器则将多个处理器集成在一个芯片上。
五、存储器层次结构存储器层次结构描述了不同速度和容量的存储器之间的关系，从高速缓存到主存再到辅助存储器。
高速缓存是位于CPU内部的小容量、速度较快的存储器，主要用于缓存CPU频繁使用的数据和指令。
主存是存放程序和数据的主要存储器，辅助存储器是存放大容量数据和程序的外部存储器。
六、总线结构总线结构是计算机中用于数据传输的通信系统，将不同组件之间的数据进行传送。
现代计算机体系结构
耗降低。
3
第一代计算机
使用真空管作为开关元件，体积庞大、 功耗高。
第三代计算机
应用集成电路技术，集成度更高、性能 更强。
现代计算机的主要组成部分
中央处理器（CPU）
执行计算机指令，控制和协调各个组件的工作。
存储器（内存）
存储数据和程序指令，以供CPU进行读取和写入。
输入输出设备
与计算机交互的接口，如键盘、鼠标和显示器。
中央处理器（CPU）的作用和 结构
CPU是计算机的大脑，负责执行指令和处理数据。它包含运算单元、控制单 元和寄存器。
存储器（内存）的作用和类型
1 作用
存储数据和程序指令，供CPU读取和写入。
2 类型
主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固 态硬盘等）。
输入输出设备的作用和常见类型
作用
与计算机进行数据交互和信息输入输出。
现代计算机体系结构
通过本演示，我们将探讨现代计算机体系结构的基本概念、关键组成部分以 及对系统性能的影响。
计算机体系结构的概念
计算机体系结构是指计算机各个组成部分之间的结构关系和工作方式，它决 定了计算机的性能和功能。它包括指令集架构、内存架构和I/O架构。
计算机的发展历程
1
第二代计算机
2
采用晶体管替代真空管，体标 • 显示器 • 打印机
计算机体系结构对系统性能的影响
提高CPU性能 优化存储器访问 提供高速数据传输
增加CPU核心数或频率 使用缓存和虚拟内存技术 使用高速总线和接口标准
计算机体系结构
第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。
第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。
2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。
3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。
5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。
Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。
缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。
②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。
T系统型号=（k，d，w）。
③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。
6、*Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。
实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。
加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。
计算机体系结构与基础知识
计算机体系结构与基础知识计算机体系结构是计算机科学领域中的一个重要概念，它涵盖了计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机如何组织、执行和管理数据。
在现代社会中，计算机已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
了解计算机体系结构和基础知识对于我们有效地使用计算机和解决计算机相关问题至关重要。
一、计算机体系结构概述计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的组织结构和相互关系。
它由几个主要组成部分组成，包括中央处理器（CPU）、内存、输入设备和输出设备等。
1.中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和控制数据的流动。
它包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元。
2.内存内存是计算机用于存储数据和程序的地方。
它分为主存和辅助存储器，主存是CPU可以直接访问的部分，而辅助存储器则用于长期存储和备份数据。
3.输入设备和输出设备输入设备用于将外部数据输入到计算机中，例如键盘、鼠标和扫描仪等；输出设备用于将计算机处理结果呈现给用户，例如显示器、打印机和音响等。
二、计算机组成原理计算机组成原理是计算机体系结构的基础，包括计算机硬件和软件之间的相互作用以及计算机指令的执行过程等。
1.指令集架构指令集架构定义了计算机的指令集和寄存器等硬件组件。
常见的指令集架构有CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）等。
2.数据通路和控制单元数据通路用于数据在计算机内部的传输，包括数据寄存器、数据总线和控制总线等。
控制单元则控制这些数据路径和指令执行的顺序和时序。
3.存储器结构存储器结构包括主存和辅助存储器，主存采用地址访问方式，辅助存储器则采用数据块存取方式。
存储器的组织和层次结构不同，对计算机系统的性能和功耗有重要影响。
三、计算机体系结构分类计算机体系结构可以根据硬件组成、指令集架构和并行性等因素进行分类。
1.冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基础模型，它采用存储程序的方式，程序和数据存储在同一内存中。
计算机体系结构基础知识概述
计算机体系结构基础知识概述计算机体系结构是计算机学科的基石，它研究计算机组织、功能和操作的结构。
在计算机科学的早期阶段，人们开始探索计算机体系结构的基础知识，并不断推动计算机技术的发展。
本文将对计算机体系结构的基础知识进行概述，包括计算机硬件、指令集体系结构以及存储层次结构等内容。
一、计算机硬件计算机硬件是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU）、主存储器、输入输出设备和外部存储器等。
中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和处理数据。
主存储器用于存储指令和数据，通过地址线和数据线与CPU进行通信。
输入输出设备用于和外部世界交互，包括键盘、鼠标、显示器等。
外部存储器主要用于长期存储大量数据，如硬盘、光盘等。
二、指令集体系结构指令集体系结构是定义了计算机的指令集和指令执行方式的规范。
它包括指令集的种类、指令的格式以及指令的执行机制等。
常见的指令集体系结构有CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）等。
CISC指令集拥有较多的指令和地址模式，可以在一条指令中完成复杂的操作，但其设计和实现较为复杂。
而RISC指令集则注重简洁和高效，通过减少指令的种类和格式，提高执行效率。
三、存储层次结构存储层次结构是计算机存储器的组织方式，将存储器按照速度、容量和成本进行分层次的组织。
存储层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。
寄存器是位于CPU内部的最快的存储器，用于存储指令和数据。
高速缓存是位于CPU和主存之间的一级缓存，用于提高指令和数据的读写速度。
主存是指计算机内存条，用于存储运行中的程序和数据。
辅助存储器则是永久性存储介质，如硬盘、光盘等。
四、计算机体系结构的发展随着计算机技术的发展，计算机体系结构也在不断演进。
早期的计算机体系结构采用冯·诺依曼结构，即将指令和数据存储在同一存储器中，通过程序控制和数据传送来执行指令。
随着技术的发展，出现了多处理器体系结构、向量处理器体系结构和集群计算体系结构等。
计算机体系结构与嵌入式系统
计算机体系结构与嵌入式系统计算机体系结构与嵌入式系统是现代科技领域中的两个重要概念。
计算机体系结构指的是计算机硬件和软件组织的结构，包括指令集和数据流，而嵌入式系统指的是嵌入到机器或设备中的计算机系统。
本文将对计算机体系结构与嵌入式系统进行深入探讨。
第一部分：计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件的组织方式。
它决定了计算机如何执行指令和存储数据。
计算机体系结构通常由指令集、内存和存储器、输入输出系统以及总线组成。
1. 指令集：指令集是计算机操作的基本指令集合。
它决定了计算机可以执行的操作类型和操作数类型。
常见的指令集包括精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC），RISC指令集具有指令简单、执行速度快等优点，而CISC指令集则具有指令丰富、编程方便等优点。
2. 内存和存储器：内存和存储器用于存储计算机执行的指令和数据。
计算机内存分为主存和辅存。
主存又分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），RAM可以读写数据，而ROM只能读取存储的数据。
3. 输入输出系统：输入输出系统用于计算机与外部设备的交互。
它包括显示器、键盘、鼠标、打印机等外部设备。
计算机通过输入输出系统与外部设备进行数据的输入和输出。
4. 总线：总线用于计算机内部各个模块之间的通信。
它分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存地址，控制总线用于传输控制信号。
第二部分：嵌入式系统嵌入式系统是嵌入到机器或设备中的计算机系统。
它具有自主计算、实时操作、功耗低和体积小等特点。
常见的嵌入式系统包括智能手机、智能家居系统、汽车电子系统等。
1. 自主计算：嵌入式系统可以独立进行数据处理和计算。
它不依赖于外部计算设备，具有较强的自主性。
2. 实时操作：嵌入式系统需要实时响应外部事件和数据。
它通常具有较高的运算速度和响应速度，以满足对实时性要求的应用场景。
3. 功耗低：嵌入式系统通常需要长时间运行，并且通常被运行在电池供电的设备中。
冯诺依曼计算机五大体系结构
冯诺依曼计算机五大体系结构
冯·诺依曼计算机是20世纪初计算机发展的重要一步，它向世界送去了计算机的希望。
冯·诺依曼开发了“五大体系结构”，即输入输出
（I/O）系统、存储程序、运算器、控制器和指令解释器。
本文将这五大体系结构详细介绍如下：
一、输入输出（I/O）系统
输入输出（I/O）系统主要用于将冯·诺依曼机器与外界设备连接，以便与外界设备的信息进行交换，进而支持冯·诺依曼机器的其他功能。
二、存储程序
存储程序是一种可存储信息的装置，用来储存、增改和读取存储在内存中的信息，它是冯·诺依曼计算机中最重要的一个系统。
三、运算器
运算器主要用于实现运算和处理逻辑指令，能够计算出由运算符号和其他数据组成的表达式的值。
四、控制器
控制器主要用于控制工作流程，包括确定指令的执行顺序，并将相应
的指令依次送入机器中。
五、指令解释器
指令解释器用来解释工作指令，它主要将含有字节的机器指令解码成具有较高级别的机器指令，以便机器识别并运行。
总之，冯·诺依曼计算机五大体系结构是计算机科学历史上一个重要的里程碑，它为计算机而形成的重要基础，它赋给我们自动解决问题的能力。