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。多处理机系统，实现全面并行的理想结构。可以通过共享存储器和消息传递来耦合系统，每个处理器分别执行系统分配的程序，同时执行多个指令流对多个数据流不同的处理，如IBM3081/3084，Cray-2等。//弗林分类法基本上是对除流水线处理机外的诺衣曼型控制流计算机进行分类，
而不包括对像数据流计算机这种非诺衣曼型机器进行分类；（2）冯氏分类法。依据是并行度－即计算机在单位时间内能够处理的最大二进制位数。据此分为4类：①字串位串Word Serial and Bit Serial。WSBS计算机。只有一个串行的处理部件，每字长1位；②字并位串Parallel。WPBS计算机。只有一个处理部件。该部件处理字长n位；③字串位并WSBP计算机。有多个处理部件。每个处理部件字长1位；④字并位并WPBP计算机。有多个处理部件，各部件字长也并行，如ILLICA2计算机具有64个字长64位的处理单元。
冯.诺衣曼型计算机体系结构及其发展（1）是存储程序计算机的别称。在体系结构有着如下特点：①机器以运算器位中心，使用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作；②采用存储程序的原理，使用线性组织的定长存储单元来存储程序，存储时对指令和数据不加区别；③存储空间的单元是直接寻址的，每个单元位数固定；④使用二进制机器语言，其指令完成基本操作码的简单操作；⑤对计算机进行集中的顺序控制。（2）两个最主要的特征：一是计算机内部信息流动是由指令驱动的，而指令执行顺序由指令计数器决定；二是计算机的应用仍主要面向数值计算和数据处理。（3）发展：①数据流计算机DFM。只要所需的操作数齐备就可以执行，这时只取决于执行部件的并行处理能力；②智能计算机。主要处理一些非数值化信息。
体系结构并行技术的发展（1）并行性是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作的特性。具有同时性和并发性二重性。（2）等级划分：（由低到高）：①按执行程序的等级划分：指令内部、指令之间、任务或进程之间、作业或程序之间；②处理数据等级划分：字串位串、字串位并、字并位串、字并位并；③按信息加工的等级划分：存储器操作并行、处理器操作并行、指令任务作业并行；（2）并行性的技术途径：①时间重叠。多个处理过程在时间上错开，如流水线处理机；②资源重复。重复设置硬件资源来提高计算机的性能。如阵列处理机；③资源共享。用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套件资源，以提高计算机设备利用率。如多道程序分时系统。
题目：
计算机语言种类1.高级语言经编译程序的翻译形成汇编语言程序；
2.传统机器语言机器级，是用微指令程序来解释机器指令；微指令由硬件直接执行；
3.Amdahl加速比定律：加速比：Sp＝1/（1-Fe+Fe/Se），其中Fe为被改进部分的执行时间所占的百分比的大小；Se是其性能提高的倍数。//局部性原理：程序趋向于重用它当前
已经在使用的指令和数据。包括时间局部性和空间局部性。时间局部性是指当前访问的项目在最近的将来还会被访问；空间局部性是指某个项目及其附近地址的其他项目会同时被引用。

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