計算機系統結構學習心得

在大四上學期課程中對於計算機系統結構的學習已經結束，老師細心的講解，耐心的輔導，是我從中學到很多的知識。

從中我瞭解到計算機系統結構（Computer Architecture）也稱為計算機體系結構，它是由計算機結構外特性，內特性，微外特性組成的。經典的計算機系統結構結構的定義是指計算機系統多級層次結構中機器語言機器級的結構，它是軟件和硬件固件的主要交界面，是由機器語言程序、彙編語言源程序和高級語言源程序翻譯生成的機器語言目標程序能在機器上正確運行所應具有的界面結構和功能。 計算機系統結構指的是什麼? 是一台計算機的外表? 還是是指一台計算機內部 的一塊塊板卡安放結構? 都不是，那麼它是什麼? 計算機系統結構就是計算機的的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性。用一個不恰當的比喻一，比如動物吧，它的"系統結構"是指什麼呢? 它的概念性結構和功能特性，就相當於動物的'器官組成及其功能特性，如雞有胃，胃可以消化食物。至於雞的胃是什麼形狀的、雞的胃部由什麼組成就不是"系統結構"研究的問題了。系統結構只管到這一層。關於計算機系統的多層次結構，用"人"這種動物的不恰當的例子列表對比如下。 計算機系統 ，人 ，應用語言級 ，為人民服務級 ，高級語言級 ，讀書、學習級 ，彙編語言級 ，語言、思維級 ，操作系統級 ，生理功能級 ，傳統機器級 ，人體器官級 ，微程序機器級 ，細胞組織級 ，電子線路級 ，分子級 。

傳統機器級以上的所有機器都稱為虛擬機，它們是由軟件實現的機器。軟硬件的 。 功能在邏輯上是等價的，即絕大多部分硬件的功能都可用軟件來實現，反之亦然。 計算機系統結構的外特性，一般應包括以下幾個方面(這也就是我們要分章學習的幾個章節)把這幾個方面弄清了，系統結構也就基本明確了：(1)指令系統 (2)數據指令 (3)作數的尋址方式 (4)寄存器的構成定義 (5)中斷機構和例外條件 (6)存儲體系和管理 (7)I/O結構 (8)機器工作狀態定義和切換 (9)信息保護。所以在以後的學習中常回頭想想這是系統結構的哪一方面，這對把握全局有好處。 這裏提一下計算機系統結構的內部特性，計算機系統結構的內特性就是將那些外特性加以"邏輯實現"的基本屬性。所謂"邏輯實現"就是在邏輯上如何實現這種功能，比如"上帝"給雞設計了一個一定大小的胃，這個胃的功能是消化食物，這就是雞系統的某一外特性，那怎麼消化呢，就要通過雞喙吃進食物和砂石,再通過胃的蠕動、依靠砂石的研磨來消化食物，這裏的吃和蠕動等操作就是內特性。還有一個就是計算機實現，也就是計算機組成的物理實現。它主要着眼於器件技術和微組裝技術。拿上面的例子來説，這個胃由哪些組織組成幾條肌肉和神經來促使它運動就是"雞實現"。據此我們可以分清計算機系統的外特性、內特性以及物理實現之間的關係。 在所有系統結構的特性中，指令系統的外特性是最關鍵的。因此，計算機系統結構有時就簡稱為指令集系統結構。我們這門課注重學習的是計算機的系統結構，傳統的講，就是處在硬件和軟件之間介面的描述，

也就是外特性。 這些不恰當的比喻只是幫助理解，不可強求對應，不然會有損科學的嚴密性。計算機系統結構的分類：按"流"分類的方法，這是Flynn教授提出的按指令流和數據流的多倍性概念進行分類的方法。共有四大類，即：(S-single 單一的。

I-instruction 指令 M-multiple 多倍的 D-data 數據) 。SISD 單指令流單數據流，傳統的單處理機屬於SISD計算機。 SIMD 單指令流多數據流，並行處理機是SIMD計算機的典型代表。我國的YH-I型是此類計算機型。 MISD 多指令流單數據流，實際上不存在，但也有學者認為存在。 MIMD 多指令流多數據流，包括了大多數多處理機及多計算機系統。我國的YH-II型計算機是這種類型的計算機。一般將純量流水機視為SISD類型，把向量流水機視為SIMD類型。 按"並行級"和"流水線"分類：這是在計算機系統中的三個子系統級別上按並行程度及流水線處理程度進行分類的方法。 計算機系統的設計準則：

1.只加速使用頻率高的部件 ，這是最重要也是最廣泛採用的計算機設計準則。因為加快處理頻繁出現事件對系統的影響遠比加速處理很少出現事件的影響要大。

2.阿姆達爾(Amdahl)定律 ，這個定律就是一個公式。應會運用此公式做一些計算或分析，所以要記住並理解其意義。 3.程序訪問的局部性規律 。程序訪問的局部性主要反映在時間和空間局部性兩個方面，時間局部性是指程序中近期被訪問的信息項可能馬上將被再次訪問，空間局部性指那些在訪問地址上相鄰近的信息項很可能被一起訪問。

計算機系統結構的發展馮諾依曼計算機的主要特點是：存儲程序方式；指令串行執行，並由控制器加以集中控制；單元定長的一維線性空間的存儲器；使用低級機器語言，數據以二進制表示；單處理機結構，以運算器為中心。 改進後的馮·諾依曼計算機使其從原來的以運算器為中心演變為以存儲器為中心。 從系統結構上講，主要是通過各種並行處理手段高提高計算機系統性能。 軟件、應用和器件對系統結構發展的影響 。軟件應具有可兼容性，即可移植性。為了實現軟件的可移植性，